Merge tag 'for-linus-2023071101' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[platform/kernel/linux-starfive.git] / Documentation / networking / can.rst
1 ===================================
2 SocketCAN - Controller Area Network
3 ===================================
4
5 Overview / What is SocketCAN
6 ============================
7
8 The socketcan package is an implementation of CAN protocols
9 (Controller Area Network) for Linux.  CAN is a networking technology
10 which has widespread use in automation, embedded devices, and
11 automotive fields.  While there have been other CAN implementations
12 for Linux based on character devices, SocketCAN uses the Berkeley
13 socket API, the Linux network stack and implements the CAN device
14 drivers as network interfaces.  The CAN socket API has been designed
15 as similar as possible to the TCP/IP protocols to allow programmers,
16 familiar with network programming, to easily learn how to use CAN
17 sockets.
18
19
20 .. _socketcan-motivation:
21
22 Motivation / Why Using the Socket API
23 =====================================
24
25 There have been CAN implementations for Linux before SocketCAN so the
26 question arises, why we have started another project.  Most existing
27 implementations come as a device driver for some CAN hardware, they
28 are based on character devices and provide comparatively little
29 functionality.  Usually, there is only a hardware-specific device
30 driver which provides a character device interface to send and
31 receive raw CAN frames, directly to/from the controller hardware.
32 Queueing of frames and higher-level transport protocols like ISO-TP
33 have to be implemented in user space applications.  Also, most
34 character-device implementations support only one single process to
35 open the device at a time, similar to a serial interface.  Exchanging
36 the CAN controller requires employment of another device driver and
37 often the need for adaption of large parts of the application to the
38 new driver's API.
39
40 SocketCAN was designed to overcome all of these limitations.  A new
41 protocol family has been implemented which provides a socket interface
42 to user space applications and which builds upon the Linux network
43 layer, enabling use all of the provided queueing functionality.  A device
44 driver for CAN controller hardware registers itself with the Linux
45 network layer as a network device, so that CAN frames from the
46 controller can be passed up to the network layer and on to the CAN
47 protocol family module and also vice-versa.  Also, the protocol family
48 module provides an API for transport protocol modules to register, so
49 that any number of transport protocols can be loaded or unloaded
50 dynamically.  In fact, the can core module alone does not provide any
51 protocol and cannot be used without loading at least one additional
52 protocol module.  Multiple sockets can be opened at the same time,
53 on different or the same protocol module and they can listen/send
54 frames on different or the same CAN IDs.  Several sockets listening on
55 the same interface for frames with the same CAN ID are all passed the
56 same received matching CAN frames.  An application wishing to
57 communicate using a specific transport protocol, e.g. ISO-TP, just
58 selects that protocol when opening the socket, and then can read and
59 write application data byte streams, without having to deal with
60 CAN-IDs, frames, etc.
61
62 Similar functionality visible from user-space could be provided by a
63 character device, too, but this would lead to a technically inelegant
64 solution for a couple of reasons:
65
66 * **Intricate usage:**  Instead of passing a protocol argument to
67   socket(2) and using bind(2) to select a CAN interface and CAN ID, an
68   application would have to do all these operations using ioctl(2)s.
69
70 * **Code duplication:**  A character device cannot make use of the Linux
71   network queueing code, so all that code would have to be duplicated
72   for CAN networking.
73
74 * **Abstraction:**  In most existing character-device implementations, the
75   hardware-specific device driver for a CAN controller directly
76   provides the character device for the application to work with.
77   This is at least very unusual in Unix systems for both, char and
78   block devices.  For example you don't have a character device for a
79   certain UART of a serial interface, a certain sound chip in your
80   computer, a SCSI or IDE controller providing access to your hard
81   disk or tape streamer device.  Instead, you have abstraction layers
82   which provide a unified character or block device interface to the
83   application on the one hand, and a interface for hardware-specific
84   device drivers on the other hand.  These abstractions are provided
85   by subsystems like the tty layer, the audio subsystem or the SCSI
86   and IDE subsystems for the devices mentioned above.
87
88   The easiest way to implement a CAN device driver is as a character
89   device without such a (complete) abstraction layer, as is done by most
90   existing drivers.  The right way, however, would be to add such a
91   layer with all the functionality like registering for certain CAN
92   IDs, supporting several open file descriptors and (de)multiplexing
93   CAN frames between them, (sophisticated) queueing of CAN frames, and
94   providing an API for device drivers to register with.  However, then
95   it would be no more difficult, or may be even easier, to use the
96   networking framework provided by the Linux kernel, and this is what
97   SocketCAN does.
98
99 The use of the networking framework of the Linux kernel is just the
100 natural and most appropriate way to implement CAN for Linux.
101
102
103 .. _socketcan-concept:
104
105 SocketCAN Concept
106 =================
107
108 As described in :ref:`socketcan-motivation` the main goal of SocketCAN is to
109 provide a socket interface to user space applications which builds
110 upon the Linux network layer. In contrast to the commonly known
111 TCP/IP and ethernet networking, the CAN bus is a broadcast-only(!)
112 medium that has no MAC-layer addressing like ethernet. The CAN-identifier
113 (can_id) is used for arbitration on the CAN-bus. Therefore the CAN-IDs
114 have to be chosen uniquely on the bus. When designing a CAN-ECU
115 network the CAN-IDs are mapped to be sent by a specific ECU.
116 For this reason a CAN-ID can be treated best as a kind of source address.
117
118
119 .. _socketcan-receive-lists:
120
121 Receive Lists
122 -------------
123
124 The network transparent access of multiple applications leads to the
125 problem that different applications may be interested in the same
126 CAN-IDs from the same CAN network interface. The SocketCAN core
127 module - which implements the protocol family CAN - provides several
128 high efficient receive lists for this reason. If e.g. a user space
129 application opens a CAN RAW socket, the raw protocol module itself
130 requests the (range of) CAN-IDs from the SocketCAN core that are
131 requested by the user. The subscription and unsubscription of
132 CAN-IDs can be done for specific CAN interfaces or for all(!) known
133 CAN interfaces with the can_rx_(un)register() functions provided to
134 CAN protocol modules by the SocketCAN core (see :ref:`socketcan-core-module`).
135 To optimize the CPU usage at runtime the receive lists are split up
136 into several specific lists per device that match the requested
137 filter complexity for a given use-case.
138
139
140 .. _socketcan-local-loopback1:
141
142 Local Loopback of Sent Frames
143 -----------------------------
144
145 As known from other networking concepts the data exchanging
146 applications may run on the same or different nodes without any
147 change (except for the according addressing information):
148
149 .. code::
150
151          ___   ___   ___                   _______   ___
152         | _ | | _ | | _ |                 | _   _ | | _ |
153         ||A|| ||B|| ||C||                 ||A| |B|| ||C||
154         |___| |___| |___|                 |_______| |___|
155           |     |     |                       |       |
156         -----------------(1)- CAN bus -(2)---------------
157
158 To ensure that application A receives the same information in the
159 example (2) as it would receive in example (1) there is need for
160 some kind of local loopback of the sent CAN frames on the appropriate
161 node.
162
163 The Linux network devices (by default) just can handle the
164 transmission and reception of media dependent frames. Due to the
165 arbitration on the CAN bus the transmission of a low prio CAN-ID
166 may be delayed by the reception of a high prio CAN frame. To
167 reflect the correct [#f1]_ traffic on the node the loopback of the sent
168 data has to be performed right after a successful transmission. If
169 the CAN network interface is not capable of performing the loopback for
170 some reason the SocketCAN core can do this task as a fallback solution.
171 See :ref:`socketcan-local-loopback2` for details (recommended).
172
173 The loopback functionality is enabled by default to reflect standard
174 networking behaviour for CAN applications. Due to some requests from
175 the RT-SocketCAN group the loopback optionally may be disabled for each
176 separate socket. See sockopts from the CAN RAW sockets in :ref:`socketcan-raw-sockets`.
177
178 .. [#f1] you really like to have this when you're running analyser
179        tools like 'candump' or 'cansniffer' on the (same) node.
180
181
182 .. _socketcan-network-problem-notifications:
183
184 Network Problem Notifications
185 -----------------------------
186
187 The use of the CAN bus may lead to several problems on the physical
188 and media access control layer. Detecting and logging of these lower
189 layer problems is a vital requirement for CAN users to identify
190 hardware issues on the physical transceiver layer as well as
191 arbitration problems and error frames caused by the different
192 ECUs. The occurrence of detected errors are important for diagnosis
193 and have to be logged together with the exact timestamp. For this
194 reason the CAN interface driver can generate so called Error Message
195 Frames that can optionally be passed to the user application in the
196 same way as other CAN frames. Whenever an error on the physical layer
197 or the MAC layer is detected (e.g. by the CAN controller) the driver
198 creates an appropriate error message frame. Error messages frames can
199 be requested by the user application using the common CAN filter
200 mechanisms. Inside this filter definition the (interested) type of
201 errors may be selected. The reception of error messages is disabled
202 by default. The format of the CAN error message frame is briefly
203 described in the Linux header file "include/uapi/linux/can/error.h".
204
205
206 How to use SocketCAN
207 ====================
208
209 Like TCP/IP, you first need to open a socket for communicating over a
210 CAN network. Since SocketCAN implements a new protocol family, you
211 need to pass PF_CAN as the first argument to the socket(2) system
212 call. Currently, there are two CAN protocols to choose from, the raw
213 socket protocol and the broadcast manager (BCM). So to open a socket,
214 you would write::
215
216     s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);
217
218 and::
219
220     s = socket(PF_CAN, SOCK_DGRAM, CAN_BCM);
221
222 respectively.  After the successful creation of the socket, you would
223 normally use the bind(2) system call to bind the socket to a CAN
224 interface (which is different from TCP/IP due to different addressing
225 - see :ref:`socketcan-concept`). After binding (CAN_RAW) or connecting (CAN_BCM)
226 the socket, you can read(2) and write(2) from/to the socket or use
227 send(2), sendto(2), sendmsg(2) and the recv* counterpart operations
228 on the socket as usual. There are also CAN specific socket options
229 described below.
230
231 The Classical CAN frame structure (aka CAN 2.0B), the CAN FD frame structure
232 and the sockaddr structure are defined in include/linux/can.h:
233
234 .. code-block:: C
235
236     struct can_frame {
237             canid_t can_id;  /* 32 bit CAN_ID + EFF/RTR/ERR flags */
238             union {
239                     /* CAN frame payload length in byte (0 .. CAN_MAX_DLEN)
240                      * was previously named can_dlc so we need to carry that
241                      * name for legacy support
242                      */
243                     __u8 len;
244                     __u8 can_dlc; /* deprecated */
245             };
246             __u8    __pad;   /* padding */
247             __u8    __res0;  /* reserved / padding */
248             __u8    len8_dlc; /* optional DLC for 8 byte payload length (9 .. 15) */
249             __u8    data[8] __attribute__((aligned(8)));
250     };
251
252 Remark: The len element contains the payload length in bytes and should be
253 used instead of can_dlc. The deprecated can_dlc was misleadingly named as
254 it always contained the plain payload length in bytes and not the so called
255 'data length code' (DLC).
256
257 To pass the raw DLC from/to a Classical CAN network device the len8_dlc
258 element can contain values 9 .. 15 when the len element is 8 (the real
259 payload length for all DLC values greater or equal to 8).
260
261 The alignment of the (linear) payload data[] to a 64bit boundary
262 allows the user to define their own structs and unions to easily access
263 the CAN payload. There is no given byteorder on the CAN bus by
264 default. A read(2) system call on a CAN_RAW socket transfers a
265 struct can_frame to the user space.
266
267 The sockaddr_can structure has an interface index like the
268 PF_PACKET socket, that also binds to a specific interface:
269
270 .. code-block:: C
271
272     struct sockaddr_can {
273             sa_family_t can_family;
274             int         can_ifindex;
275             union {
276                     /* transport protocol class address info (e.g. ISOTP) */
277                     struct { canid_t rx_id, tx_id; } tp;
278
279                     /* J1939 address information */
280                     struct {
281                             /* 8 byte name when using dynamic addressing */
282                             __u64 name;
283
284                             /* pgn:
285                              * 8 bit: PS in PDU2 case, else 0
286                              * 8 bit: PF
287                              * 1 bit: DP
288                              * 1 bit: reserved
289                              */
290                             __u32 pgn;
291
292                             /* 1 byte address */
293                             __u8 addr;
294                     } j1939;
295
296                     /* reserved for future CAN protocols address information */
297             } can_addr;
298     };
299
300 To determine the interface index an appropriate ioctl() has to
301 be used (example for CAN_RAW sockets without error checking):
302
303 .. code-block:: C
304
305     int s;
306     struct sockaddr_can addr;
307     struct ifreq ifr;
308
309     s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);
310
311     strcpy(ifr.ifr_name, "can0" );
312     ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr);
313
314     addr.can_family = AF_CAN;
315     addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
316
317     bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
318
319     (..)
320
321 To bind a socket to all(!) CAN interfaces the interface index must
322 be 0 (zero). In this case the socket receives CAN frames from every
323 enabled CAN interface. To determine the originating CAN interface
324 the system call recvfrom(2) may be used instead of read(2). To send
325 on a socket that is bound to 'any' interface sendto(2) is needed to
326 specify the outgoing interface.
327
328 Reading CAN frames from a bound CAN_RAW socket (see above) consists
329 of reading a struct can_frame:
330
331 .. code-block:: C
332
333     struct can_frame frame;
334
335     nbytes = read(s, &frame, sizeof(struct can_frame));
336
337     if (nbytes < 0) {
338             perror("can raw socket read");
339             return 1;
340     }
341
342     /* paranoid check ... */
343     if (nbytes < sizeof(struct can_frame)) {
344             fprintf(stderr, "read: incomplete CAN frame\n");
345             return 1;
346     }
347
348     /* do something with the received CAN frame */
349
350 Writing CAN frames can be done similarly, with the write(2) system call::
351
352     nbytes = write(s, &frame, sizeof(struct can_frame));
353
354 When the CAN interface is bound to 'any' existing CAN interface
355 (addr.can_ifindex = 0) it is recommended to use recvfrom(2) if the
356 information about the originating CAN interface is needed:
357
358 .. code-block:: C
359
360     struct sockaddr_can addr;
361     struct ifreq ifr;
362     socklen_t len = sizeof(addr);
363     struct can_frame frame;
364
365     nbytes = recvfrom(s, &frame, sizeof(struct can_frame),
366                       0, (struct sockaddr*)&addr, &len);
367
368     /* get interface name of the received CAN frame */
369     ifr.ifr_ifindex = addr.can_ifindex;
370     ioctl(s, SIOCGIFNAME, &ifr);
371     printf("Received a CAN frame from interface %s", ifr.ifr_name);
372
373 To write CAN frames on sockets bound to 'any' CAN interface the
374 outgoing interface has to be defined certainly:
375
376 .. code-block:: C
377
378     strcpy(ifr.ifr_name, "can0");
379     ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr);
380     addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
381     addr.can_family  = AF_CAN;
382
383     nbytes = sendto(s, &frame, sizeof(struct can_frame),
384                     0, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
385
386 An accurate timestamp can be obtained with an ioctl(2) call after reading
387 a message from the socket:
388
389 .. code-block:: C
390
391     struct timeval tv;
392     ioctl(s, SIOCGSTAMP, &tv);
393
394 The timestamp has a resolution of one microsecond and is set automatically
395 at the reception of a CAN frame.
396
397 Remark about CAN FD (flexible data rate) support:
398
399 Generally the handling of CAN FD is very similar to the formerly described
400 examples. The new CAN FD capable CAN controllers support two different
401 bitrates for the arbitration phase and the payload phase of the CAN FD frame
402 and up to 64 bytes of payload. This extended payload length breaks all the
403 kernel interfaces (ABI) which heavily rely on the CAN frame with fixed eight
404 bytes of payload (struct can_frame) like the CAN_RAW socket. Therefore e.g.
405 the CAN_RAW socket supports a new socket option CAN_RAW_FD_FRAMES that
406 switches the socket into a mode that allows the handling of CAN FD frames
407 and Classical CAN frames simultaneously (see :ref:`socketcan-rawfd`).
408
409 The struct canfd_frame is defined in include/linux/can.h:
410
411 .. code-block:: C
412
413     struct canfd_frame {
414             canid_t can_id;  /* 32 bit CAN_ID + EFF/RTR/ERR flags */
415             __u8    len;     /* frame payload length in byte (0 .. 64) */
416             __u8    flags;   /* additional flags for CAN FD */
417             __u8    __res0;  /* reserved / padding */
418             __u8    __res1;  /* reserved / padding */
419             __u8    data[64] __attribute__((aligned(8)));
420     };
421
422 The struct canfd_frame and the existing struct can_frame have the can_id,
423 the payload length and the payload data at the same offset inside their
424 structures. This allows to handle the different structures very similar.
425 When the content of a struct can_frame is copied into a struct canfd_frame
426 all structure elements can be used as-is - only the data[] becomes extended.
427
428 When introducing the struct canfd_frame it turned out that the data length
429 code (DLC) of the struct can_frame was used as a length information as the
430 length and the DLC has a 1:1 mapping in the range of 0 .. 8. To preserve
431 the easy handling of the length information the canfd_frame.len element
432 contains a plain length value from 0 .. 64. So both canfd_frame.len and
433 can_frame.len are equal and contain a length information and no DLC.
434 For details about the distinction of CAN and CAN FD capable devices and
435 the mapping to the bus-relevant data length code (DLC), see :ref:`socketcan-can-fd-driver`.
436
437 The length of the two CAN(FD) frame structures define the maximum transfer
438 unit (MTU) of the CAN(FD) network interface and skbuff data length. Two
439 definitions are specified for CAN specific MTUs in include/linux/can.h:
440
441 .. code-block:: C
442
443   #define CAN_MTU   (sizeof(struct can_frame))   == 16  => Classical CAN frame
444   #define CANFD_MTU (sizeof(struct canfd_frame)) == 72  => CAN FD frame
445
446
447 .. _socketcan-raw-sockets:
448
449 RAW Protocol Sockets with can_filters (SOCK_RAW)
450 ------------------------------------------------
451
452 Using CAN_RAW sockets is extensively comparable to the commonly
453 known access to CAN character devices. To meet the new possibilities
454 provided by the multi user SocketCAN approach, some reasonable
455 defaults are set at RAW socket binding time:
456
457 - The filters are set to exactly one filter receiving everything
458 - The socket only receives valid data frames (=> no error message frames)
459 - The loopback of sent CAN frames is enabled (see :ref:`socketcan-local-loopback2`)
460 - The socket does not receive its own sent frames (in loopback mode)
461
462 These default settings may be changed before or after binding the socket.
463 To use the referenced definitions of the socket options for CAN_RAW
464 sockets, include <linux/can/raw.h>.
465
466
467 .. _socketcan-rawfilter:
468
469 RAW socket option CAN_RAW_FILTER
470 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
471
472 The reception of CAN frames using CAN_RAW sockets can be controlled
473 by defining 0 .. n filters with the CAN_RAW_FILTER socket option.
474
475 The CAN filter structure is defined in include/linux/can.h:
476
477 .. code-block:: C
478
479     struct can_filter {
480             canid_t can_id;
481             canid_t can_mask;
482     };
483
484 A filter matches, when:
485
486 .. code-block:: C
487
488     <received_can_id> & mask == can_id & mask
489
490 which is analogous to known CAN controllers hardware filter semantics.
491 The filter can be inverted in this semantic, when the CAN_INV_FILTER
492 bit is set in can_id element of the can_filter structure. In
493 contrast to CAN controller hardware filters the user may set 0 .. n
494 receive filters for each open socket separately:
495
496 .. code-block:: C
497
498     struct can_filter rfilter[2];
499
500     rfilter[0].can_id   = 0x123;
501     rfilter[0].can_mask = CAN_SFF_MASK;
502     rfilter[1].can_id   = 0x200;
503     rfilter[1].can_mask = 0x700;
504
505     setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, &rfilter, sizeof(rfilter));
506
507 To disable the reception of CAN frames on the selected CAN_RAW socket:
508
509 .. code-block:: C
510
511     setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, NULL, 0);
512
513 To set the filters to zero filters is quite obsolete as to not read
514 data causes the raw socket to discard the received CAN frames. But
515 having this 'send only' use-case we may remove the receive list in the
516 Kernel to save a little (really a very little!) CPU usage.
517
518 CAN Filter Usage Optimisation
519 .............................
520
521 The CAN filters are processed in per-device filter lists at CAN frame
522 reception time. To reduce the number of checks that need to be performed
523 while walking through the filter lists the CAN core provides an optimized
524 filter handling when the filter subscription focusses on a single CAN ID.
525
526 For the possible 2048 SFF CAN identifiers the identifier is used as an index
527 to access the corresponding subscription list without any further checks.
528 For the 2^29 possible EFF CAN identifiers a 10 bit XOR folding is used as
529 hash function to retrieve the EFF table index.
530
531 To benefit from the optimized filters for single CAN identifiers the
532 CAN_SFF_MASK or CAN_EFF_MASK have to be set into can_filter.mask together
533 with set CAN_EFF_FLAG and CAN_RTR_FLAG bits. A set CAN_EFF_FLAG bit in the
534 can_filter.mask makes clear that it matters whether a SFF or EFF CAN ID is
535 subscribed. E.g. in the example from above:
536
537 .. code-block:: C
538
539     rfilter[0].can_id   = 0x123;
540     rfilter[0].can_mask = CAN_SFF_MASK;
541
542 both SFF frames with CAN ID 0x123 and EFF frames with 0xXXXXX123 can pass.
543
544 To filter for only 0x123 (SFF) and 0x12345678 (EFF) CAN identifiers the
545 filter has to be defined in this way to benefit from the optimized filters:
546
547 .. code-block:: C
548
549     struct can_filter rfilter[2];
550
551     rfilter[0].can_id   = 0x123;
552     rfilter[0].can_mask = (CAN_EFF_FLAG | CAN_RTR_FLAG | CAN_SFF_MASK);
553     rfilter[1].can_id   = 0x12345678 | CAN_EFF_FLAG;
554     rfilter[1].can_mask = (CAN_EFF_FLAG | CAN_RTR_FLAG | CAN_EFF_MASK);
555
556     setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, &rfilter, sizeof(rfilter));
557
558
559 RAW Socket Option CAN_RAW_ERR_FILTER
560 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
561
562 As described in :ref:`socketcan-network-problem-notifications` the CAN interface driver can generate so
563 called Error Message Frames that can optionally be passed to the user
564 application in the same way as other CAN frames. The possible
565 errors are divided into different error classes that may be filtered
566 using the appropriate error mask. To register for every possible
567 error condition CAN_ERR_MASK can be used as value for the error mask.
568 The values for the error mask are defined in linux/can/error.h:
569
570 .. code-block:: C
571
572     can_err_mask_t err_mask = ( CAN_ERR_TX_TIMEOUT | CAN_ERR_BUSOFF );
573
574     setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_ERR_FILTER,
575                &err_mask, sizeof(err_mask));
576
577
578 RAW Socket Option CAN_RAW_LOOPBACK
579 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
580
581 To meet multi user needs the local loopback is enabled by default
582 (see :ref:`socketcan-local-loopback1` for details). But in some embedded use-cases
583 (e.g. when only one application uses the CAN bus) this loopback
584 functionality can be disabled (separately for each socket):
585
586 .. code-block:: C
587
588     int loopback = 0; /* 0 = disabled, 1 = enabled (default) */
589
590     setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_LOOPBACK, &loopback, sizeof(loopback));
591
592
593 RAW socket option CAN_RAW_RECV_OWN_MSGS
594 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
595
596 When the local loopback is enabled, all the sent CAN frames are
597 looped back to the open CAN sockets that registered for the CAN
598 frames' CAN-ID on this given interface to meet the multi user
599 needs. The reception of the CAN frames on the same socket that was
600 sending the CAN frame is assumed to be unwanted and therefore
601 disabled by default. This default behaviour may be changed on
602 demand:
603
604 .. code-block:: C
605
606     int recv_own_msgs = 1; /* 0 = disabled (default), 1 = enabled */
607
608     setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_RECV_OWN_MSGS,
609                &recv_own_msgs, sizeof(recv_own_msgs));
610
611 Note that reception of a socket's own CAN frames are subject to the same
612 filtering as other CAN frames (see :ref:`socketcan-rawfilter`).
613
614 .. _socketcan-rawfd:
615
616 RAW Socket Option CAN_RAW_FD_FRAMES
617 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
618
619 CAN FD support in CAN_RAW sockets can be enabled with a new socket option
620 CAN_RAW_FD_FRAMES which is off by default. When the new socket option is
621 not supported by the CAN_RAW socket (e.g. on older kernels), switching the
622 CAN_RAW_FD_FRAMES option returns the error -ENOPROTOOPT.
623
624 Once CAN_RAW_FD_FRAMES is enabled the application can send both CAN frames
625 and CAN FD frames. OTOH the application has to handle CAN and CAN FD frames
626 when reading from the socket:
627
628 .. code-block:: C
629
630     CAN_RAW_FD_FRAMES enabled:  CAN_MTU and CANFD_MTU are allowed
631     CAN_RAW_FD_FRAMES disabled: only CAN_MTU is allowed (default)
632
633 Example:
634
635 .. code-block:: C
636
637     [ remember: CANFD_MTU == sizeof(struct canfd_frame) ]
638
639     struct canfd_frame cfd;
640
641     nbytes = read(s, &cfd, CANFD_MTU);
642
643     if (nbytes == CANFD_MTU) {
644             printf("got CAN FD frame with length %d\n", cfd.len);
645             /* cfd.flags contains valid data */
646     } else if (nbytes == CAN_MTU) {
647             printf("got Classical CAN frame with length %d\n", cfd.len);
648             /* cfd.flags is undefined */
649     } else {
650             fprintf(stderr, "read: invalid CAN(FD) frame\n");
651             return 1;
652     }
653
654     /* the content can be handled independently from the received MTU size */
655
656     printf("can_id: %X data length: %d data: ", cfd.can_id, cfd.len);
657     for (i = 0; i < cfd.len; i++)
658             printf("%02X ", cfd.data[i]);
659
660 When reading with size CANFD_MTU only returns CAN_MTU bytes that have
661 been received from the socket a Classical CAN frame has been read into the
662 provided CAN FD structure. Note that the canfd_frame.flags data field is
663 not specified in the struct can_frame and therefore it is only valid in
664 CANFD_MTU sized CAN FD frames.
665
666 Implementation hint for new CAN applications:
667
668 To build a CAN FD aware application use struct canfd_frame as basic CAN
669 data structure for CAN_RAW based applications. When the application is
670 executed on an older Linux kernel and switching the CAN_RAW_FD_FRAMES
671 socket option returns an error: No problem. You'll get Classical CAN frames
672 or CAN FD frames and can process them the same way.
673
674 When sending to CAN devices make sure that the device is capable to handle
675 CAN FD frames by checking if the device maximum transfer unit is CANFD_MTU.
676 The CAN device MTU can be retrieved e.g. with a SIOCGIFMTU ioctl() syscall.
677
678
679 RAW socket option CAN_RAW_JOIN_FILTERS
680 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
681
682 The CAN_RAW socket can set multiple CAN identifier specific filters that
683 lead to multiple filters in the af_can.c filter processing. These filters
684 are indenpendent from each other which leads to logical OR'ed filters when
685 applied (see :ref:`socketcan-rawfilter`).
686
687 This socket option joines the given CAN filters in the way that only CAN
688 frames are passed to user space that matched *all* given CAN filters. The
689 semantic for the applied filters is therefore changed to a logical AND.
690
691 This is useful especially when the filterset is a combination of filters
692 where the CAN_INV_FILTER flag is set in order to notch single CAN IDs or
693 CAN ID ranges from the incoming traffic.
694
695
696 RAW Socket Returned Message Flags
697 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
698
699 When using recvmsg() call, the msg->msg_flags may contain following flags:
700
701 MSG_DONTROUTE:
702         set when the received frame was created on the local host.
703
704 MSG_CONFIRM:
705         set when the frame was sent via the socket it is received on.
706         This flag can be interpreted as a 'transmission confirmation' when the
707         CAN driver supports the echo of frames on driver level, see
708         :ref:`socketcan-local-loopback1` and :ref:`socketcan-local-loopback2`.
709         In order to receive such messages, CAN_RAW_RECV_OWN_MSGS must be set.
710
711
712 Broadcast Manager Protocol Sockets (SOCK_DGRAM)
713 -----------------------------------------------
714
715 The Broadcast Manager protocol provides a command based configuration
716 interface to filter and send (e.g. cyclic) CAN messages in kernel space.
717
718 Receive filters can be used to down sample frequent messages; detect events
719 such as message contents changes, packet length changes, and do time-out
720 monitoring of received messages.
721
722 Periodic transmission tasks of CAN frames or a sequence of CAN frames can be
723 created and modified at runtime; both the message content and the two
724 possible transmit intervals can be altered.
725
726 A BCM socket is not intended for sending individual CAN frames using the
727 struct can_frame as known from the CAN_RAW socket. Instead a special BCM
728 configuration message is defined. The basic BCM configuration message used
729 to communicate with the broadcast manager and the available operations are
730 defined in the linux/can/bcm.h include. The BCM message consists of a
731 message header with a command ('opcode') followed by zero or more CAN frames.
732 The broadcast manager sends responses to user space in the same form:
733
734 .. code-block:: C
735
736     struct bcm_msg_head {
737             __u32 opcode;                   /* command */
738             __u32 flags;                    /* special flags */
739             __u32 count;                    /* run 'count' times with ival1 */
740             struct timeval ival1, ival2;    /* count and subsequent interval */
741             canid_t can_id;                 /* unique can_id for task */
742             __u32 nframes;                  /* number of can_frames following */
743             struct can_frame frames[0];
744     };
745
746 The aligned payload 'frames' uses the same basic CAN frame structure defined
747 at the beginning of :ref:`socketcan-rawfd` and in the include/linux/can.h include. All
748 messages to the broadcast manager from user space have this structure.
749
750 Note a CAN_BCM socket must be connected instead of bound after socket
751 creation (example without error checking):
752
753 .. code-block:: C
754
755     int s;
756     struct sockaddr_can addr;
757     struct ifreq ifr;
758
759     s = socket(PF_CAN, SOCK_DGRAM, CAN_BCM);
760
761     strcpy(ifr.ifr_name, "can0");
762     ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr);
763
764     addr.can_family = AF_CAN;
765     addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
766
767     connect(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
768
769     (..)
770
771 The broadcast manager socket is able to handle any number of in flight
772 transmissions or receive filters concurrently. The different RX/TX jobs are
773 distinguished by the unique can_id in each BCM message. However additional
774 CAN_BCM sockets are recommended to communicate on multiple CAN interfaces.
775 When the broadcast manager socket is bound to 'any' CAN interface (=> the
776 interface index is set to zero) the configured receive filters apply to any
777 CAN interface unless the sendto() syscall is used to overrule the 'any' CAN
778 interface index. When using recvfrom() instead of read() to retrieve BCM
779 socket messages the originating CAN interface is provided in can_ifindex.
780
781
782 Broadcast Manager Operations
783 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
784
785 The opcode defines the operation for the broadcast manager to carry out,
786 or details the broadcast managers response to several events, including
787 user requests.
788
789 Transmit Operations (user space to broadcast manager):
790
791 TX_SETUP:
792         Create (cyclic) transmission task.
793
794 TX_DELETE:
795         Remove (cyclic) transmission task, requires only can_id.
796
797 TX_READ:
798         Read properties of (cyclic) transmission task for can_id.
799
800 TX_SEND:
801         Send one CAN frame.
802
803 Transmit Responses (broadcast manager to user space):
804
805 TX_STATUS:
806         Reply to TX_READ request (transmission task configuration).
807
808 TX_EXPIRED:
809         Notification when counter finishes sending at initial interval
810         'ival1'. Requires the TX_COUNTEVT flag to be set at TX_SETUP.
811
812 Receive Operations (user space to broadcast manager):
813
814 RX_SETUP:
815         Create RX content filter subscription.
816
817 RX_DELETE:
818         Remove RX content filter subscription, requires only can_id.
819
820 RX_READ:
821         Read properties of RX content filter subscription for can_id.
822
823 Receive Responses (broadcast manager to user space):
824
825 RX_STATUS:
826         Reply to RX_READ request (filter task configuration).
827
828 RX_TIMEOUT:
829         Cyclic message is detected to be absent (timer ival1 expired).
830
831 RX_CHANGED:
832         BCM message with updated CAN frame (detected content change).
833         Sent on first message received or on receipt of revised CAN messages.
834
835
836 Broadcast Manager Message Flags
837 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
838
839 When sending a message to the broadcast manager the 'flags' element may
840 contain the following flag definitions which influence the behaviour:
841
842 SETTIMER:
843         Set the values of ival1, ival2 and count
844
845 STARTTIMER:
846         Start the timer with the actual values of ival1, ival2
847         and count. Starting the timer leads simultaneously to emit a CAN frame.
848
849 TX_COUNTEVT:
850         Create the message TX_EXPIRED when count expires
851
852 TX_ANNOUNCE:
853         A change of data by the process is emitted immediately.
854
855 TX_CP_CAN_ID:
856         Copies the can_id from the message header to each
857         subsequent frame in frames. This is intended as usage simplification. For
858         TX tasks the unique can_id from the message header may differ from the
859         can_id(s) stored for transmission in the subsequent struct can_frame(s).
860
861 RX_FILTER_ID:
862         Filter by can_id alone, no frames required (nframes=0).
863
864 RX_CHECK_DLC:
865         A change of the DLC leads to an RX_CHANGED.
866
867 RX_NO_AUTOTIMER:
868         Prevent automatically starting the timeout monitor.
869
870 RX_ANNOUNCE_RESUME:
871         If passed at RX_SETUP and a receive timeout occurred, a
872         RX_CHANGED message will be generated when the (cyclic) receive restarts.
873
874 TX_RESET_MULTI_IDX:
875         Reset the index for the multiple frame transmission.
876
877 RX_RTR_FRAME:
878         Send reply for RTR-request (placed in op->frames[0]).
879
880 CAN_FD_FRAME:
881         The CAN frames following the bcm_msg_head are struct canfd_frame's
882
883 Broadcast Manager Transmission Timers
884 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
885
886 Periodic transmission configurations may use up to two interval timers.
887 In this case the BCM sends a number of messages ('count') at an interval
888 'ival1', then continuing to send at another given interval 'ival2'. When
889 only one timer is needed 'count' is set to zero and only 'ival2' is used.
890 When SET_TIMER and START_TIMER flag were set the timers are activated.
891 The timer values can be altered at runtime when only SET_TIMER is set.
892
893
894 Broadcast Manager message sequence transmission
895 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
896
897 Up to 256 CAN frames can be transmitted in a sequence in the case of a cyclic
898 TX task configuration. The number of CAN frames is provided in the 'nframes'
899 element of the BCM message head. The defined number of CAN frames are added
900 as array to the TX_SETUP BCM configuration message:
901
902 .. code-block:: C
903
904     /* create a struct to set up a sequence of four CAN frames */
905     struct {
906             struct bcm_msg_head msg_head;
907             struct can_frame frame[4];
908     } mytxmsg;
909
910     (..)
911     mytxmsg.msg_head.nframes = 4;
912     (..)
913
914     write(s, &mytxmsg, sizeof(mytxmsg));
915
916 With every transmission the index in the array of CAN frames is increased
917 and set to zero at index overflow.
918
919
920 Broadcast Manager Receive Filter Timers
921 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
922
923 The timer values ival1 or ival2 may be set to non-zero values at RX_SETUP.
924 When the SET_TIMER flag is set the timers are enabled:
925
926 ival1:
927         Send RX_TIMEOUT when a received message is not received again within
928         the given time. When START_TIMER is set at RX_SETUP the timeout detection
929         is activated directly - even without a former CAN frame reception.
930
931 ival2:
932         Throttle the received message rate down to the value of ival2. This
933         is useful to reduce messages for the application when the signal inside the
934         CAN frame is stateless as state changes within the ival2 period may get
935         lost.
936
937 Broadcast Manager Multiplex Message Receive Filter
938 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
939
940 To filter for content changes in multiplex message sequences an array of more
941 than one CAN frames can be passed in a RX_SETUP configuration message. The
942 data bytes of the first CAN frame contain the mask of relevant bits that
943 have to match in the subsequent CAN frames with the received CAN frame.
944 If one of the subsequent CAN frames is matching the bits in that frame data
945 mark the relevant content to be compared with the previous received content.
946 Up to 257 CAN frames (multiplex filter bit mask CAN frame plus 256 CAN
947 filters) can be added as array to the TX_SETUP BCM configuration message:
948
949 .. code-block:: C
950
951     /* usually used to clear CAN frame data[] - beware of endian problems! */
952     #define U64_DATA(p) (*(unsigned long long*)(p)->data)
953
954     struct {
955             struct bcm_msg_head msg_head;
956             struct can_frame frame[5];
957     } msg;
958
959     msg.msg_head.opcode  = RX_SETUP;
960     msg.msg_head.can_id  = 0x42;
961     msg.msg_head.flags   = 0;
962     msg.msg_head.nframes = 5;
963     U64_DATA(&msg.frame[0]) = 0xFF00000000000000ULL; /* MUX mask */
964     U64_DATA(&msg.frame[1]) = 0x01000000000000FFULL; /* data mask (MUX 0x01) */
965     U64_DATA(&msg.frame[2]) = 0x0200FFFF000000FFULL; /* data mask (MUX 0x02) */
966     U64_DATA(&msg.frame[3]) = 0x330000FFFFFF0003ULL; /* data mask (MUX 0x33) */
967     U64_DATA(&msg.frame[4]) = 0x4F07FC0FF0000000ULL; /* data mask (MUX 0x4F) */
968
969     write(s, &msg, sizeof(msg));
970
971
972 Broadcast Manager CAN FD Support
973 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
974
975 The programming API of the CAN_BCM depends on struct can_frame which is
976 given as array directly behind the bcm_msg_head structure. To follow this
977 schema for the CAN FD frames a new flag 'CAN_FD_FRAME' in the bcm_msg_head
978 flags indicates that the concatenated CAN frame structures behind the
979 bcm_msg_head are defined as struct canfd_frame:
980
981 .. code-block:: C
982
983     struct {
984             struct bcm_msg_head msg_head;
985             struct canfd_frame frame[5];
986     } msg;
987
988     msg.msg_head.opcode  = RX_SETUP;
989     msg.msg_head.can_id  = 0x42;
990     msg.msg_head.flags   = CAN_FD_FRAME;
991     msg.msg_head.nframes = 5;
992     (..)
993
994 When using CAN FD frames for multiplex filtering the MUX mask is still
995 expected in the first 64 bit of the struct canfd_frame data section.
996
997
998 Connected Transport Protocols (SOCK_SEQPACKET)
999 ----------------------------------------------
1000
1001 (to be written)
1002
1003
1004 Unconnected Transport Protocols (SOCK_DGRAM)
1005 --------------------------------------------
1006
1007 (to be written)
1008
1009
1010 .. _socketcan-core-module:
1011
1012 SocketCAN Core Module
1013 =====================
1014
1015 The SocketCAN core module implements the protocol family
1016 PF_CAN. CAN protocol modules are loaded by the core module at
1017 runtime. The core module provides an interface for CAN protocol
1018 modules to subscribe needed CAN IDs (see :ref:`socketcan-receive-lists`).
1019
1020
1021 can.ko Module Params
1022 --------------------
1023
1024 - **stats_timer**:
1025   To calculate the SocketCAN core statistics
1026   (e.g. current/maximum frames per second) this 1 second timer is
1027   invoked at can.ko module start time by default. This timer can be
1028   disabled by using stattimer=0 on the module commandline.
1029
1030 - **debug**:
1031   (removed since SocketCAN SVN r546)
1032
1033
1034 procfs content
1035 --------------
1036
1037 As described in :ref:`socketcan-receive-lists` the SocketCAN core uses several filter
1038 lists to deliver received CAN frames to CAN protocol modules. These
1039 receive lists, their filters and the count of filter matches can be
1040 checked in the appropriate receive list. All entries contain the
1041 device and a protocol module identifier::
1042
1043     foo@bar:~$ cat /proc/net/can/rcvlist_all
1044
1045     receive list 'rx_all':
1046       (vcan3: no entry)
1047       (vcan2: no entry)
1048       (vcan1: no entry)
1049       device   can_id   can_mask  function  userdata   matches  ident
1050        vcan0     000    00000000  f88e6370  f6c6f400         0  raw
1051       (any: no entry)
1052
1053 In this example an application requests any CAN traffic from vcan0::
1054
1055     rcvlist_all - list for unfiltered entries (no filter operations)
1056     rcvlist_eff - list for single extended frame (EFF) entries
1057     rcvlist_err - list for error message frames masks
1058     rcvlist_fil - list for mask/value filters
1059     rcvlist_inv - list for mask/value filters (inverse semantic)
1060     rcvlist_sff - list for single standard frame (SFF) entries
1061
1062 Additional procfs files in /proc/net/can::
1063
1064     stats       - SocketCAN core statistics (rx/tx frames, match ratios, ...)
1065     reset_stats - manual statistic reset
1066     version     - prints SocketCAN core and ABI version (removed in Linux 5.10)
1067
1068
1069 Writing Own CAN Protocol Modules
1070 --------------------------------
1071
1072 To implement a new protocol in the protocol family PF_CAN a new
1073 protocol has to be defined in include/linux/can.h .
1074 The prototypes and definitions to use the SocketCAN core can be
1075 accessed by including include/linux/can/core.h .
1076 In addition to functions that register the CAN protocol and the
1077 CAN device notifier chain there are functions to subscribe CAN
1078 frames received by CAN interfaces and to send CAN frames::
1079
1080     can_rx_register   - subscribe CAN frames from a specific interface
1081     can_rx_unregister - unsubscribe CAN frames from a specific interface
1082     can_send          - transmit a CAN frame (optional with local loopback)
1083
1084 For details see the kerneldoc documentation in net/can/af_can.c or
1085 the source code of net/can/raw.c or net/can/bcm.c .
1086
1087
1088 CAN Network Drivers
1089 ===================
1090
1091 Writing a CAN network device driver is much easier than writing a
1092 CAN character device driver. Similar to other known network device
1093 drivers you mainly have to deal with:
1094
1095 - TX: Put the CAN frame from the socket buffer to the CAN controller.
1096 - RX: Put the CAN frame from the CAN controller to the socket buffer.
1097
1098 See e.g. at Documentation/networking/netdevices.rst . The differences
1099 for writing CAN network device driver are described below:
1100
1101
1102 General Settings
1103 ----------------
1104
1105 .. code-block:: C
1106
1107     dev->type  = ARPHRD_CAN; /* the netdevice hardware type */
1108     dev->flags = IFF_NOARP;  /* CAN has no arp */
1109
1110     dev->mtu = CAN_MTU; /* sizeof(struct can_frame) -> Classical CAN interface */
1111
1112     or alternative, when the controller supports CAN with flexible data rate:
1113     dev->mtu = CANFD_MTU; /* sizeof(struct canfd_frame) -> CAN FD interface */
1114
1115 The struct can_frame or struct canfd_frame is the payload of each socket
1116 buffer (skbuff) in the protocol family PF_CAN.
1117
1118
1119 .. _socketcan-local-loopback2:
1120
1121 Local Loopback of Sent Frames
1122 -----------------------------
1123
1124 As described in :ref:`socketcan-local-loopback1` the CAN network device driver should
1125 support a local loopback functionality similar to the local echo
1126 e.g. of tty devices. In this case the driver flag IFF_ECHO has to be
1127 set to prevent the PF_CAN core from locally echoing sent frames
1128 (aka loopback) as fallback solution::
1129
1130     dev->flags = (IFF_NOARP | IFF_ECHO);
1131
1132
1133 CAN Controller Hardware Filters
1134 -------------------------------
1135
1136 To reduce the interrupt load on deep embedded systems some CAN
1137 controllers support the filtering of CAN IDs or ranges of CAN IDs.
1138 These hardware filter capabilities vary from controller to
1139 controller and have to be identified as not feasible in a multi-user
1140 networking approach. The use of the very controller specific
1141 hardware filters could make sense in a very dedicated use-case, as a
1142 filter on driver level would affect all users in the multi-user
1143 system. The high efficient filter sets inside the PF_CAN core allow
1144 to set different multiple filters for each socket separately.
1145 Therefore the use of hardware filters goes to the category 'handmade
1146 tuning on deep embedded systems'. The author is running a MPC603e
1147 @133MHz with four SJA1000 CAN controllers from 2002 under heavy bus
1148 load without any problems ...
1149
1150
1151 Switchable Termination Resistors
1152 --------------------------------
1153
1154 CAN bus requires a specific impedance across the differential pair,
1155 typically provided by two 120Ohm resistors on the farthest nodes of
1156 the bus. Some CAN controllers support activating / deactivating a
1157 termination resistor(s) to provide the correct impedance.
1158
1159 Query the available resistances::
1160
1161     $ ip -details link show can0
1162     ...
1163     termination 120 [ 0, 120 ]
1164
1165 Activate the terminating resistor::
1166
1167     $ ip link set dev can0 type can termination 120
1168
1169 Deactivate the terminating resistor::
1170
1171     $ ip link set dev can0 type can termination 0
1172
1173 To enable termination resistor support to a can-controller, either
1174 implement in the controller's struct can-priv::
1175
1176     termination_const
1177     termination_const_cnt
1178     do_set_termination
1179
1180 or add gpio control with the device tree entries from
1181 Documentation/devicetree/bindings/net/can/can-controller.yaml
1182
1183
1184 The Virtual CAN Driver (vcan)
1185 -----------------------------
1186
1187 Similar to the network loopback devices, vcan offers a virtual local
1188 CAN interface. A full qualified address on CAN consists of
1189
1190 - a unique CAN Identifier (CAN ID)
1191 - the CAN bus this CAN ID is transmitted on (e.g. can0)
1192
1193 so in common use cases more than one virtual CAN interface is needed.
1194
1195 The virtual CAN interfaces allow the transmission and reception of CAN
1196 frames without real CAN controller hardware. Virtual CAN network
1197 devices are usually named 'vcanX', like vcan0 vcan1 vcan2 ...
1198 When compiled as a module the virtual CAN driver module is called vcan.ko
1199
1200 Since Linux Kernel version 2.6.24 the vcan driver supports the Kernel
1201 netlink interface to create vcan network devices. The creation and
1202 removal of vcan network devices can be managed with the ip(8) tool::
1203
1204   - Create a virtual CAN network interface:
1205        $ ip link add type vcan
1206
1207   - Create a virtual CAN network interface with a specific name 'vcan42':
1208        $ ip link add dev vcan42 type vcan
1209
1210   - Remove a (virtual CAN) network interface 'vcan42':
1211        $ ip link del vcan42
1212
1213
1214 The CAN Network Device Driver Interface
1215 ---------------------------------------
1216
1217 The CAN network device driver interface provides a generic interface
1218 to setup, configure and monitor CAN network devices. The user can then
1219 configure the CAN device, like setting the bit-timing parameters, via
1220 the netlink interface using the program "ip" from the "IPROUTE2"
1221 utility suite. The following chapter describes briefly how to use it.
1222 Furthermore, the interface uses a common data structure and exports a
1223 set of common functions, which all real CAN network device drivers
1224 should use. Please have a look to the SJA1000 or MSCAN driver to
1225 understand how to use them. The name of the module is can-dev.ko.
1226
1227
1228 Netlink interface to set/get devices properties
1229 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1230
1231 The CAN device must be configured via netlink interface. The supported
1232 netlink message types are defined and briefly described in
1233 "include/linux/can/netlink.h". CAN link support for the program "ip"
1234 of the IPROUTE2 utility suite is available and it can be used as shown
1235 below:
1236
1237 Setting CAN device properties::
1238
1239     $ ip link set can0 type can help
1240     Usage: ip link set DEVICE type can
1241         [ bitrate BITRATE [ sample-point SAMPLE-POINT] ] |
1242         [ tq TQ prop-seg PROP_SEG phase-seg1 PHASE-SEG1
1243           phase-seg2 PHASE-SEG2 [ sjw SJW ] ]
1244
1245         [ dbitrate BITRATE [ dsample-point SAMPLE-POINT] ] |
1246         [ dtq TQ dprop-seg PROP_SEG dphase-seg1 PHASE-SEG1
1247           dphase-seg2 PHASE-SEG2 [ dsjw SJW ] ]
1248
1249         [ loopback { on | off } ]
1250         [ listen-only { on | off } ]
1251         [ triple-sampling { on | off } ]
1252         [ one-shot { on | off } ]
1253         [ berr-reporting { on | off } ]
1254         [ fd { on | off } ]
1255         [ fd-non-iso { on | off } ]
1256         [ presume-ack { on | off } ]
1257         [ cc-len8-dlc { on | off } ]
1258
1259         [ restart-ms TIME-MS ]
1260         [ restart ]
1261
1262         Where: BITRATE       := { 1..1000000 }
1263                SAMPLE-POINT  := { 0.000..0.999 }
1264                TQ            := { NUMBER }
1265                PROP-SEG      := { 1..8 }
1266                PHASE-SEG1    := { 1..8 }
1267                PHASE-SEG2    := { 1..8 }
1268                SJW           := { 1..4 }
1269                RESTART-MS    := { 0 | NUMBER }
1270
1271 Display CAN device details and statistics::
1272
1273     $ ip -details -statistics link show can0
1274     2: can0: <NOARP,UP,LOWER_UP,ECHO> mtu 16 qdisc pfifo_fast state UP qlen 10
1275       link/can
1276       can <TRIPLE-SAMPLING> state ERROR-ACTIVE restart-ms 100
1277       bitrate 125000 sample_point 0.875
1278       tq 125 prop-seg 6 phase-seg1 7 phase-seg2 2 sjw 1
1279       sja1000: tseg1 1..16 tseg2 1..8 sjw 1..4 brp 1..64 brp-inc 1
1280       clock 8000000
1281       re-started bus-errors arbit-lost error-warn error-pass bus-off
1282       41         17457      0          41         42         41
1283       RX: bytes  packets  errors  dropped overrun mcast
1284       140859     17608    17457   0       0       0
1285       TX: bytes  packets  errors  dropped carrier collsns
1286       861        112      0       41      0       0
1287
1288 More info to the above output:
1289
1290 "<TRIPLE-SAMPLING>"
1291         Shows the list of selected CAN controller modes: LOOPBACK,
1292         LISTEN-ONLY, or TRIPLE-SAMPLING.
1293
1294 "state ERROR-ACTIVE"
1295         The current state of the CAN controller: "ERROR-ACTIVE",
1296         "ERROR-WARNING", "ERROR-PASSIVE", "BUS-OFF" or "STOPPED"
1297
1298 "restart-ms 100"
1299         Automatic restart delay time. If set to a non-zero value, a
1300         restart of the CAN controller will be triggered automatically
1301         in case of a bus-off condition after the specified delay time
1302         in milliseconds. By default it's off.
1303
1304 "bitrate 125000 sample-point 0.875"
1305         Shows the real bit-rate in bits/sec and the sample-point in the
1306         range 0.000..0.999. If the calculation of bit-timing parameters
1307         is enabled in the kernel (CONFIG_CAN_CALC_BITTIMING=y), the
1308         bit-timing can be defined by setting the "bitrate" argument.
1309         Optionally the "sample-point" can be specified. By default it's
1310         0.000 assuming CIA-recommended sample-points.
1311
1312 "tq 125 prop-seg 6 phase-seg1 7 phase-seg2 2 sjw 1"
1313         Shows the time quanta in ns, propagation segment, phase buffer
1314         segment 1 and 2 and the synchronisation jump width in units of
1315         tq. They allow to define the CAN bit-timing in a hardware
1316         independent format as proposed by the Bosch CAN 2.0 spec (see
1317         chapter 8 of http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/can2spec.pdf).
1318
1319 "sja1000: tseg1 1..16 tseg2 1..8 sjw 1..4 brp 1..64 brp-inc 1 clock 8000000"
1320         Shows the bit-timing constants of the CAN controller, here the
1321         "sja1000". The minimum and maximum values of the time segment 1
1322         and 2, the synchronisation jump width in units of tq, the
1323         bitrate pre-scaler and the CAN system clock frequency in Hz.
1324         These constants could be used for user-defined (non-standard)
1325         bit-timing calculation algorithms in user-space.
1326
1327 "re-started bus-errors arbit-lost error-warn error-pass bus-off"
1328         Shows the number of restarts, bus and arbitration lost errors,
1329         and the state changes to the error-warning, error-passive and
1330         bus-off state. RX overrun errors are listed in the "overrun"
1331         field of the standard network statistics.
1332
1333 Setting the CAN Bit-Timing
1334 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1335
1336 The CAN bit-timing parameters can always be defined in a hardware
1337 independent format as proposed in the Bosch CAN 2.0 specification
1338 specifying the arguments "tq", "prop_seg", "phase_seg1", "phase_seg2"
1339 and "sjw"::
1340
1341     $ ip link set canX type can tq 125 prop-seg 6 \
1342                                 phase-seg1 7 phase-seg2 2 sjw 1
1343
1344 If the kernel option CONFIG_CAN_CALC_BITTIMING is enabled, CIA
1345 recommended CAN bit-timing parameters will be calculated if the bit-
1346 rate is specified with the argument "bitrate"::
1347
1348     $ ip link set canX type can bitrate 125000
1349
1350 Note that this works fine for the most common CAN controllers with
1351 standard bit-rates but may *fail* for exotic bit-rates or CAN system
1352 clock frequencies. Disabling CONFIG_CAN_CALC_BITTIMING saves some
1353 space and allows user-space tools to solely determine and set the
1354 bit-timing parameters. The CAN controller specific bit-timing
1355 constants can be used for that purpose. They are listed by the
1356 following command::
1357
1358     $ ip -details link show can0
1359     ...
1360       sja1000: clock 8000000 tseg1 1..16 tseg2 1..8 sjw 1..4 brp 1..64 brp-inc 1
1361
1362
1363 Starting and Stopping the CAN Network Device
1364 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1365
1366 A CAN network device is started or stopped as usual with the command
1367 "ifconfig canX up/down" or "ip link set canX up/down". Be aware that
1368 you *must* define proper bit-timing parameters for real CAN devices
1369 before you can start it to avoid error-prone default settings::
1370
1371     $ ip link set canX up type can bitrate 125000
1372
1373 A device may enter the "bus-off" state if too many errors occurred on
1374 the CAN bus. Then no more messages are received or sent. An automatic
1375 bus-off recovery can be enabled by setting the "restart-ms" to a
1376 non-zero value, e.g.::
1377
1378     $ ip link set canX type can restart-ms 100
1379
1380 Alternatively, the application may realize the "bus-off" condition
1381 by monitoring CAN error message frames and do a restart when
1382 appropriate with the command::
1383
1384     $ ip link set canX type can restart
1385
1386 Note that a restart will also create a CAN error message frame (see
1387 also :ref:`socketcan-network-problem-notifications`).
1388
1389
1390 .. _socketcan-can-fd-driver:
1391
1392 CAN FD (Flexible Data Rate) Driver Support
1393 ------------------------------------------
1394
1395 CAN FD capable CAN controllers support two different bitrates for the
1396 arbitration phase and the payload phase of the CAN FD frame. Therefore a
1397 second bit timing has to be specified in order to enable the CAN FD bitrate.
1398
1399 Additionally CAN FD capable CAN controllers support up to 64 bytes of
1400 payload. The representation of this length in can_frame.len and
1401 canfd_frame.len for userspace applications and inside the Linux network
1402 layer is a plain value from 0 .. 64 instead of the CAN 'data length code'.
1403 The data length code was a 1:1 mapping to the payload length in the Classical
1404 CAN frames anyway. The payload length to the bus-relevant DLC mapping is
1405 only performed inside the CAN drivers, preferably with the helper
1406 functions can_fd_dlc2len() and can_fd_len2dlc().
1407
1408 The CAN netdevice driver capabilities can be distinguished by the network
1409 devices maximum transfer unit (MTU)::
1410
1411   MTU = 16 (CAN_MTU)   => sizeof(struct can_frame)   => Classical CAN device
1412   MTU = 72 (CANFD_MTU) => sizeof(struct canfd_frame) => CAN FD capable device
1413
1414 The CAN device MTU can be retrieved e.g. with a SIOCGIFMTU ioctl() syscall.
1415 N.B. CAN FD capable devices can also handle and send Classical CAN frames.
1416
1417 When configuring CAN FD capable CAN controllers an additional 'data' bitrate
1418 has to be set. This bitrate for the data phase of the CAN FD frame has to be
1419 at least the bitrate which was configured for the arbitration phase. This
1420 second bitrate is specified analogue to the first bitrate but the bitrate
1421 setting keywords for the 'data' bitrate start with 'd' e.g. dbitrate,
1422 dsample-point, dsjw or dtq and similar settings. When a data bitrate is set
1423 within the configuration process the controller option "fd on" can be
1424 specified to enable the CAN FD mode in the CAN controller. This controller
1425 option also switches the device MTU to 72 (CANFD_MTU).
1426
1427 The first CAN FD specification presented as whitepaper at the International
1428 CAN Conference 2012 needed to be improved for data integrity reasons.
1429 Therefore two CAN FD implementations have to be distinguished today:
1430
1431 - ISO compliant:     The ISO 11898-1:2015 CAN FD implementation (default)
1432 - non-ISO compliant: The CAN FD implementation following the 2012 whitepaper
1433
1434 Finally there are three types of CAN FD controllers:
1435
1436 1. ISO compliant (fixed)
1437 2. non-ISO compliant (fixed, like the M_CAN IP core v3.0.1 in m_can.c)
1438 3. ISO/non-ISO CAN FD controllers (switchable, like the PEAK PCAN-USB FD)
1439
1440 The current ISO/non-ISO mode is announced by the CAN controller driver via
1441 netlink and displayed by the 'ip' tool (controller option FD-NON-ISO).
1442 The ISO/non-ISO-mode can be altered by setting 'fd-non-iso {on|off}' for
1443 switchable CAN FD controllers only.
1444
1445 Example configuring 500 kbit/s arbitration bitrate and 4 Mbit/s data bitrate::
1446
1447     $ ip link set can0 up type can bitrate 500000 sample-point 0.75 \
1448                                    dbitrate 4000000 dsample-point 0.8 fd on
1449     $ ip -details link show can0
1450     5: can0: <NOARP,UP,LOWER_UP,ECHO> mtu 72 qdisc pfifo_fast state UNKNOWN \
1451              mode DEFAULT group default qlen 10
1452     link/can  promiscuity 0
1453     can <FD> state ERROR-ACTIVE (berr-counter tx 0 rx 0) restart-ms 0
1454           bitrate 500000 sample-point 0.750
1455           tq 50 prop-seg 14 phase-seg1 15 phase-seg2 10 sjw 1
1456           pcan_usb_pro_fd: tseg1 1..64 tseg2 1..16 sjw 1..16 brp 1..1024 \
1457           brp-inc 1
1458           dbitrate 4000000 dsample-point 0.800
1459           dtq 12 dprop-seg 7 dphase-seg1 8 dphase-seg2 4 dsjw 1
1460           pcan_usb_pro_fd: dtseg1 1..16 dtseg2 1..8 dsjw 1..4 dbrp 1..1024 \
1461           dbrp-inc 1
1462           clock 80000000
1463
1464 Example when 'fd-non-iso on' is added on this switchable CAN FD adapter::
1465
1466    can <FD,FD-NON-ISO> state ERROR-ACTIVE (berr-counter tx 0 rx 0) restart-ms 0
1467
1468
1469 Supported CAN Hardware
1470 ----------------------
1471
1472 Please check the "Kconfig" file in "drivers/net/can" to get an actual
1473 list of the support CAN hardware. On the SocketCAN project website
1474 (see :ref:`socketcan-resources`) there might be further drivers available, also for
1475 older kernel versions.
1476
1477
1478 .. _socketcan-resources:
1479
1480 SocketCAN Resources
1481 ===================
1482
1483 The Linux CAN / SocketCAN project resources (project site / mailing list)
1484 are referenced in the MAINTAINERS file in the Linux source tree.
1485 Search for CAN NETWORK [LAYERS|DRIVERS].
1486
1487 Credits
1488 =======
1489
1490 - Oliver Hartkopp (PF_CAN core, filters, drivers, bcm, SJA1000 driver)
1491 - Urs Thuermann (PF_CAN core, kernel integration, socket interfaces, raw, vcan)
1492 - Jan Kizka (RT-SocketCAN core, Socket-API reconciliation)
1493 - Wolfgang Grandegger (RT-SocketCAN core & drivers, Raw Socket-API reviews, CAN device driver interface, MSCAN driver)
1494 - Robert Schwebel (design reviews, PTXdist integration)
1495 - Marc Kleine-Budde (design reviews, Kernel 2.6 cleanups, drivers)
1496 - Benedikt Spranger (reviews)
1497 - Thomas Gleixner (LKML reviews, coding style, posting hints)
1498 - Andrey Volkov (kernel subtree structure, ioctls, MSCAN driver)
1499 - Matthias Brukner (first SJA1000 CAN netdevice implementation Q2/2003)
1500 - Klaus Hitschler (PEAK driver integration)
1501 - Uwe Koppe (CAN netdevices with PF_PACKET approach)
1502 - Michael Schulze (driver layer loopback requirement, RT CAN drivers review)
1503 - Pavel Pisa (Bit-timing calculation)
1504 - Sascha Hauer (SJA1000 platform driver)
1505 - Sebastian Haas (SJA1000 EMS PCI driver)
1506 - Markus Plessing (SJA1000 EMS PCI driver)
1507 - Per Dalen (SJA1000 Kvaser PCI driver)
1508 - Sam Ravnborg (reviews, coding style, kbuild help)