Merge branch 'dmaengine' of git://git.linaro.org/people/rmk/linux-arm
[platform/adaptation/renesas_rcar/renesas_kernel.git] / Documentation / networking / can.txt
1 ============================================================================
2
3 can.txt
4
5 Readme file for the Controller Area Network Protocol Family (aka Socket CAN)
6
7 This file contains
8
9   1 Overview / What is Socket CAN
10
11   2 Motivation / Why using the socket API
12
13   3 Socket CAN concept
14     3.1 receive lists
15     3.2 local loopback of sent frames
16     3.3 network security issues (capabilities)
17     3.4 network problem notifications
18
19   4 How to use Socket CAN
20     4.1 RAW protocol sockets with can_filters (SOCK_RAW)
21       4.1.1 RAW socket option CAN_RAW_FILTER
22       4.1.2 RAW socket option CAN_RAW_ERR_FILTER
23       4.1.3 RAW socket option CAN_RAW_LOOPBACK
24       4.1.4 RAW socket option CAN_RAW_RECV_OWN_MSGS
25       4.1.5 RAW socket option CAN_RAW_FD_FRAMES
26       4.1.6 RAW socket returned message flags
27     4.2 Broadcast Manager protocol sockets (SOCK_DGRAM)
28     4.3 connected transport protocols (SOCK_SEQPACKET)
29     4.4 unconnected transport protocols (SOCK_DGRAM)
30
31   5 Socket CAN core module
32     5.1 can.ko module params
33     5.2 procfs content
34     5.3 writing own CAN protocol modules
35
36   6 CAN network drivers
37     6.1 general settings
38     6.2 local loopback of sent frames
39     6.3 CAN controller hardware filters
40     6.4 The virtual CAN driver (vcan)
41     6.5 The CAN network device driver interface
42       6.5.1 Netlink interface to set/get devices properties
43       6.5.2 Setting the CAN bit-timing
44       6.5.3 Starting and stopping the CAN network device
45     6.6 CAN FD (flexible data rate) driver support
46     6.7 supported CAN hardware
47
48   7 Socket CAN resources
49
50   8 Credits
51
52 ============================================================================
53
54 1. Overview / What is Socket CAN
55 --------------------------------
56
57 The socketcan package is an implementation of CAN protocols
58 (Controller Area Network) for Linux.  CAN is a networking technology
59 which has widespread use in automation, embedded devices, and
60 automotive fields.  While there have been other CAN implementations
61 for Linux based on character devices, Socket CAN uses the Berkeley
62 socket API, the Linux network stack and implements the CAN device
63 drivers as network interfaces.  The CAN socket API has been designed
64 as similar as possible to the TCP/IP protocols to allow programmers,
65 familiar with network programming, to easily learn how to use CAN
66 sockets.
67
68 2. Motivation / Why using the socket API
69 ----------------------------------------
70
71 There have been CAN implementations for Linux before Socket CAN so the
72 question arises, why we have started another project.  Most existing
73 implementations come as a device driver for some CAN hardware, they
74 are based on character devices and provide comparatively little
75 functionality.  Usually, there is only a hardware-specific device
76 driver which provides a character device interface to send and
77 receive raw CAN frames, directly to/from the controller hardware.
78 Queueing of frames and higher-level transport protocols like ISO-TP
79 have to be implemented in user space applications.  Also, most
80 character-device implementations support only one single process to
81 open the device at a time, similar to a serial interface.  Exchanging
82 the CAN controller requires employment of another device driver and
83 often the need for adaption of large parts of the application to the
84 new driver's API.
85
86 Socket CAN was designed to overcome all of these limitations.  A new
87 protocol family has been implemented which provides a socket interface
88 to user space applications and which builds upon the Linux network
89 layer, so to use all of the provided queueing functionality.  A device
90 driver for CAN controller hardware registers itself with the Linux
91 network layer as a network device, so that CAN frames from the
92 controller can be passed up to the network layer and on to the CAN
93 protocol family module and also vice-versa.  Also, the protocol family
94 module provides an API for transport protocol modules to register, so
95 that any number of transport protocols can be loaded or unloaded
96 dynamically.  In fact, the can core module alone does not provide any
97 protocol and cannot be used without loading at least one additional
98 protocol module.  Multiple sockets can be opened at the same time,
99 on different or the same protocol module and they can listen/send
100 frames on different or the same CAN IDs.  Several sockets listening on
101 the same interface for frames with the same CAN ID are all passed the
102 same received matching CAN frames.  An application wishing to
103 communicate using a specific transport protocol, e.g. ISO-TP, just
104 selects that protocol when opening the socket, and then can read and
105 write application data byte streams, without having to deal with
106 CAN-IDs, frames, etc.
107
108 Similar functionality visible from user-space could be provided by a
109 character device, too, but this would lead to a technically inelegant
110 solution for a couple of reasons:
111
112 * Intricate usage.  Instead of passing a protocol argument to
113   socket(2) and using bind(2) to select a CAN interface and CAN ID, an
114   application would have to do all these operations using ioctl(2)s.
115
116 * Code duplication.  A character device cannot make use of the Linux
117   network queueing code, so all that code would have to be duplicated
118   for CAN networking.
119
120 * Abstraction.  In most existing character-device implementations, the
121   hardware-specific device driver for a CAN controller directly
122   provides the character device for the application to work with.
123   This is at least very unusual in Unix systems for both, char and
124   block devices.  For example you don't have a character device for a
125   certain UART of a serial interface, a certain sound chip in your
126   computer, a SCSI or IDE controller providing access to your hard
127   disk or tape streamer device.  Instead, you have abstraction layers
128   which provide a unified character or block device interface to the
129   application on the one hand, and a interface for hardware-specific
130   device drivers on the other hand.  These abstractions are provided
131   by subsystems like the tty layer, the audio subsystem or the SCSI
132   and IDE subsystems for the devices mentioned above.
133
134   The easiest way to implement a CAN device driver is as a character
135   device without such a (complete) abstraction layer, as is done by most
136   existing drivers.  The right way, however, would be to add such a
137   layer with all the functionality like registering for certain CAN
138   IDs, supporting several open file descriptors and (de)multiplexing
139   CAN frames between them, (sophisticated) queueing of CAN frames, and
140   providing an API for device drivers to register with.  However, then
141   it would be no more difficult, or may be even easier, to use the
142   networking framework provided by the Linux kernel, and this is what
143   Socket CAN does.
144
145   The use of the networking framework of the Linux kernel is just the
146   natural and most appropriate way to implement CAN for Linux.
147
148 3. Socket CAN concept
149 ---------------------
150
151   As described in chapter 2 it is the main goal of Socket CAN to
152   provide a socket interface to user space applications which builds
153   upon the Linux network layer. In contrast to the commonly known
154   TCP/IP and ethernet networking, the CAN bus is a broadcast-only(!)
155   medium that has no MAC-layer addressing like ethernet. The CAN-identifier
156   (can_id) is used for arbitration on the CAN-bus. Therefore the CAN-IDs
157   have to be chosen uniquely on the bus. When designing a CAN-ECU
158   network the CAN-IDs are mapped to be sent by a specific ECU.
159   For this reason a CAN-ID can be treated best as a kind of source address.
160
161   3.1 receive lists
162
163   The network transparent access of multiple applications leads to the
164   problem that different applications may be interested in the same
165   CAN-IDs from the same CAN network interface. The Socket CAN core
166   module - which implements the protocol family CAN - provides several
167   high efficient receive lists for this reason. If e.g. a user space
168   application opens a CAN RAW socket, the raw protocol module itself
169   requests the (range of) CAN-IDs from the Socket CAN core that are
170   requested by the user. The subscription and unsubscription of
171   CAN-IDs can be done for specific CAN interfaces or for all(!) known
172   CAN interfaces with the can_rx_(un)register() functions provided to
173   CAN protocol modules by the SocketCAN core (see chapter 5).
174   To optimize the CPU usage at runtime the receive lists are split up
175   into several specific lists per device that match the requested
176   filter complexity for a given use-case.
177
178   3.2 local loopback of sent frames
179
180   As known from other networking concepts the data exchanging
181   applications may run on the same or different nodes without any
182   change (except for the according addressing information):
183
184          ___   ___   ___                   _______   ___
185         | _ | | _ | | _ |                 | _   _ | | _ |
186         ||A|| ||B|| ||C||                 ||A| |B|| ||C||
187         |___| |___| |___|                 |_______| |___|
188           |     |     |                       |       |
189         -----------------(1)- CAN bus -(2)---------------
190
191   To ensure that application A receives the same information in the
192   example (2) as it would receive in example (1) there is need for
193   some kind of local loopback of the sent CAN frames on the appropriate
194   node.
195
196   The Linux network devices (by default) just can handle the
197   transmission and reception of media dependent frames. Due to the
198   arbitration on the CAN bus the transmission of a low prio CAN-ID
199   may be delayed by the reception of a high prio CAN frame. To
200   reflect the correct* traffic on the node the loopback of the sent
201   data has to be performed right after a successful transmission. If
202   the CAN network interface is not capable of performing the loopback for
203   some reason the SocketCAN core can do this task as a fallback solution.
204   See chapter 6.2 for details (recommended).
205
206   The loopback functionality is enabled by default to reflect standard
207   networking behaviour for CAN applications. Due to some requests from
208   the RT-SocketCAN group the loopback optionally may be disabled for each
209   separate socket. See sockopts from the CAN RAW sockets in chapter 4.1.
210
211   * = you really like to have this when you're running analyser tools
212       like 'candump' or 'cansniffer' on the (same) node.
213
214   3.3 network security issues (capabilities)
215
216   The Controller Area Network is a local field bus transmitting only
217   broadcast messages without any routing and security concepts.
218   In the majority of cases the user application has to deal with
219   raw CAN frames. Therefore it might be reasonable NOT to restrict
220   the CAN access only to the user root, as known from other networks.
221   Since the currently implemented CAN_RAW and CAN_BCM sockets can only
222   send and receive frames to/from CAN interfaces it does not affect
223   security of others networks to allow all users to access the CAN.
224   To enable non-root users to access CAN_RAW and CAN_BCM protocol
225   sockets the Kconfig options CAN_RAW_USER and/or CAN_BCM_USER may be
226   selected at kernel compile time.
227
228   3.4 network problem notifications
229
230   The use of the CAN bus may lead to several problems on the physical
231   and media access control layer. Detecting and logging of these lower
232   layer problems is a vital requirement for CAN users to identify
233   hardware issues on the physical transceiver layer as well as
234   arbitration problems and error frames caused by the different
235   ECUs. The occurrence of detected errors are important for diagnosis
236   and have to be logged together with the exact timestamp. For this
237   reason the CAN interface driver can generate so called Error Message
238   Frames that can optionally be passed to the user application in the
239   same way as other CAN frames. Whenever an error on the physical layer
240   or the MAC layer is detected (e.g. by the CAN controller) the driver
241   creates an appropriate error message frame. Error messages frames can
242   be requested by the user application using the common CAN filter
243   mechanisms. Inside this filter definition the (interested) type of
244   errors may be selected. The reception of error messages is disabled
245   by default. The format of the CAN error message frame is briefly
246   described in the Linux header file "include/linux/can/error.h".
247
248 4. How to use Socket CAN
249 ------------------------
250
251   Like TCP/IP, you first need to open a socket for communicating over a
252   CAN network. Since Socket CAN implements a new protocol family, you
253   need to pass PF_CAN as the first argument to the socket(2) system
254   call. Currently, there are two CAN protocols to choose from, the raw
255   socket protocol and the broadcast manager (BCM). So to open a socket,
256   you would write
257
258     s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);
259
260   and
261
262     s = socket(PF_CAN, SOCK_DGRAM, CAN_BCM);
263
264   respectively.  After the successful creation of the socket, you would
265   normally use the bind(2) system call to bind the socket to a CAN
266   interface (which is different from TCP/IP due to different addressing
267   - see chapter 3). After binding (CAN_RAW) or connecting (CAN_BCM)
268   the socket, you can read(2) and write(2) from/to the socket or use
269   send(2), sendto(2), sendmsg(2) and the recv* counterpart operations
270   on the socket as usual. There are also CAN specific socket options
271   described below.
272
273   The basic CAN frame structure and the sockaddr structure are defined
274   in include/linux/can.h:
275
276     struct can_frame {
277             canid_t can_id;  /* 32 bit CAN_ID + EFF/RTR/ERR flags */
278             __u8    can_dlc; /* frame payload length in byte (0 .. 8) */
279             __u8    data[8] __attribute__((aligned(8)));
280     };
281
282   The alignment of the (linear) payload data[] to a 64bit boundary
283   allows the user to define own structs and unions to easily access the
284   CAN payload. There is no given byteorder on the CAN bus by
285   default. A read(2) system call on a CAN_RAW socket transfers a
286   struct can_frame to the user space.
287
288   The sockaddr_can structure has an interface index like the
289   PF_PACKET socket, that also binds to a specific interface:
290
291     struct sockaddr_can {
292             sa_family_t can_family;
293             int         can_ifindex;
294             union {
295                     /* transport protocol class address info (e.g. ISOTP) */
296                     struct { canid_t rx_id, tx_id; } tp;
297
298                     /* reserved for future CAN protocols address information */
299             } can_addr;
300     };
301
302   To determine the interface index an appropriate ioctl() has to
303   be used (example for CAN_RAW sockets without error checking):
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     struct can_frame frame;
332
333     nbytes = read(s, &frame, sizeof(struct can_frame));
334
335     if (nbytes < 0) {
336             perror("can raw socket read");
337             return 1;
338     }
339
340     /* paranoid check ... */
341     if (nbytes < sizeof(struct can_frame)) {
342             fprintf(stderr, "read: incomplete CAN frame\n");
343             return 1;
344     }
345
346     /* do something with the received CAN frame */
347
348   Writing CAN frames can be done similarly, with the write(2) system call:
349
350     nbytes = write(s, &frame, sizeof(struct can_frame));
351
352   When the CAN interface is bound to 'any' existing CAN interface
353   (addr.can_ifindex = 0) it is recommended to use recvfrom(2) if the
354   information about the originating CAN interface is needed:
355
356     struct sockaddr_can addr;
357     struct ifreq ifr;
358     socklen_t len = sizeof(addr);
359     struct can_frame frame;
360
361     nbytes = recvfrom(s, &frame, sizeof(struct can_frame),
362                       0, (struct sockaddr*)&addr, &len);
363
364     /* get interface name of the received CAN frame */
365     ifr.ifr_ifindex = addr.can_ifindex;
366     ioctl(s, SIOCGIFNAME, &ifr);
367     printf("Received a CAN frame from interface %s", ifr.ifr_name);
368
369   To write CAN frames on sockets bound to 'any' CAN interface the
370   outgoing interface has to be defined certainly.
371
372     strcpy(ifr.ifr_name, "can0");
373     ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr);
374     addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
375     addr.can_family  = AF_CAN;
376
377     nbytes = sendto(s, &frame, sizeof(struct can_frame),
378                     0, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
379
380   Remark about CAN FD (flexible data rate) support:
381
382   Generally the handling of CAN FD is very similar to the formerly described
383   examples. The new CAN FD capable CAN controllers support two different
384   bitrates for the arbitration phase and the payload phase of the CAN FD frame
385   and up to 64 bytes of payload. This extended payload length breaks all the
386   kernel interfaces (ABI) which heavily rely on the CAN frame with fixed eight
387   bytes of payload (struct can_frame) like the CAN_RAW socket. Therefore e.g.
388   the CAN_RAW socket supports a new socket option CAN_RAW_FD_FRAMES that
389   switches the socket into a mode that allows the handling of CAN FD frames
390   and (legacy) CAN frames simultaneously (see section 4.1.5).
391
392   The struct canfd_frame is defined in include/linux/can.h:
393
394     struct canfd_frame {
395             canid_t can_id;  /* 32 bit CAN_ID + EFF/RTR/ERR flags */
396             __u8    len;     /* frame payload length in byte (0 .. 64) */
397             __u8    flags;   /* additional flags for CAN FD */
398             __u8    __res0;  /* reserved / padding */
399             __u8    __res1;  /* reserved / padding */
400             __u8    data[64] __attribute__((aligned(8)));
401     };
402
403   The struct canfd_frame and the existing struct can_frame have the can_id,
404   the payload length and the payload data at the same offset inside their
405   structures. This allows to handle the different structures very similar.
406   When the content of a struct can_frame is copied into a struct canfd_frame
407   all structure elements can be used as-is - only the data[] becomes extended.
408
409   When introducing the struct canfd_frame it turned out that the data length
410   code (DLC) of the struct can_frame was used as a length information as the
411   length and the DLC has a 1:1 mapping in the range of 0 .. 8. To preserve
412   the easy handling of the length information the canfd_frame.len element
413   contains a plain length value from 0 .. 64. So both canfd_frame.len and
414   can_frame.can_dlc are equal and contain a length information and no DLC.
415   For details about the distinction of CAN and CAN FD capable devices and
416   the mapping to the bus-relevant data length code (DLC), see chapter 6.6.
417
418   The length of the two CAN(FD) frame structures define the maximum transfer
419   unit (MTU) of the CAN(FD) network interface and skbuff data length. Two
420   definitions are specified for CAN specific MTUs in include/linux/can.h :
421
422   #define CAN_MTU   (sizeof(struct can_frame))   == 16  => 'legacy' CAN frame
423   #define CANFD_MTU (sizeof(struct canfd_frame)) == 72  => CAN FD frame
424
425   4.1 RAW protocol sockets with can_filters (SOCK_RAW)
426
427   Using CAN_RAW sockets is extensively comparable to the commonly
428   known access to CAN character devices. To meet the new possibilities
429   provided by the multi user SocketCAN approach, some reasonable
430   defaults are set at RAW socket binding time:
431
432   - The filters are set to exactly one filter receiving everything
433   - The socket only receives valid data frames (=> no error message frames)
434   - The loopback of sent CAN frames is enabled (see chapter 3.2)
435   - The socket does not receive its own sent frames (in loopback mode)
436
437   These default settings may be changed before or after binding the socket.
438   To use the referenced definitions of the socket options for CAN_RAW
439   sockets, include <linux/can/raw.h>.
440
441   4.1.1 RAW socket option CAN_RAW_FILTER
442
443   The reception of CAN frames using CAN_RAW sockets can be controlled
444   by defining 0 .. n filters with the CAN_RAW_FILTER socket option.
445
446   The CAN filter structure is defined in include/linux/can.h:
447
448     struct can_filter {
449             canid_t can_id;
450             canid_t can_mask;
451     };
452
453   A filter matches, when
454
455     <received_can_id> & mask == can_id & mask
456
457   which is analogous to known CAN controllers hardware filter semantics.
458   The filter can be inverted in this semantic, when the CAN_INV_FILTER
459   bit is set in can_id element of the can_filter structure. In
460   contrast to CAN controller hardware filters the user may set 0 .. n
461   receive filters for each open socket separately:
462
463     struct can_filter rfilter[2];
464
465     rfilter[0].can_id   = 0x123;
466     rfilter[0].can_mask = CAN_SFF_MASK;
467     rfilter[1].can_id   = 0x200;
468     rfilter[1].can_mask = 0x700;
469
470     setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, &rfilter, sizeof(rfilter));
471
472   To disable the reception of CAN frames on the selected CAN_RAW socket:
473
474     setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, NULL, 0);
475
476   To set the filters to zero filters is quite obsolete as not read
477   data causes the raw socket to discard the received CAN frames. But
478   having this 'send only' use-case we may remove the receive list in the
479   Kernel to save a little (really a very little!) CPU usage.
480
481   4.1.2 RAW socket option CAN_RAW_ERR_FILTER
482
483   As described in chapter 3.4 the CAN interface driver can generate so
484   called Error Message Frames that can optionally be passed to the user
485   application in the same way as other CAN frames. The possible
486   errors are divided into different error classes that may be filtered
487   using the appropriate error mask. To register for every possible
488   error condition CAN_ERR_MASK can be used as value for the error mask.
489   The values for the error mask are defined in linux/can/error.h .
490
491     can_err_mask_t err_mask = ( CAN_ERR_TX_TIMEOUT | CAN_ERR_BUSOFF );
492
493     setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_ERR_FILTER,
494                &err_mask, sizeof(err_mask));
495
496   4.1.3 RAW socket option CAN_RAW_LOOPBACK
497
498   To meet multi user needs the local loopback is enabled by default
499   (see chapter 3.2 for details). But in some embedded use-cases
500   (e.g. when only one application uses the CAN bus) this loopback
501   functionality can be disabled (separately for each socket):
502
503     int loopback = 0; /* 0 = disabled, 1 = enabled (default) */
504
505     setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_LOOPBACK, &loopback, sizeof(loopback));
506
507   4.1.4 RAW socket option CAN_RAW_RECV_OWN_MSGS
508
509   When the local loopback is enabled, all the sent CAN frames are
510   looped back to the open CAN sockets that registered for the CAN
511   frames' CAN-ID on this given interface to meet the multi user
512   needs. The reception of the CAN frames on the same socket that was
513   sending the CAN frame is assumed to be unwanted and therefore
514   disabled by default. This default behaviour may be changed on
515   demand:
516
517     int recv_own_msgs = 1; /* 0 = disabled (default), 1 = enabled */
518
519     setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_RECV_OWN_MSGS,
520                &recv_own_msgs, sizeof(recv_own_msgs));
521
522   4.1.5 RAW socket option CAN_RAW_FD_FRAMES
523
524   CAN FD support in CAN_RAW sockets can be enabled with a new socket option
525   CAN_RAW_FD_FRAMES which is off by default. When the new socket option is
526   not supported by the CAN_RAW socket (e.g. on older kernels), switching the
527   CAN_RAW_FD_FRAMES option returns the error -ENOPROTOOPT.
528
529   Once CAN_RAW_FD_FRAMES is enabled the application can send both CAN frames
530   and CAN FD frames. OTOH the application has to handle CAN and CAN FD frames
531   when reading from the socket.
532
533     CAN_RAW_FD_FRAMES enabled:  CAN_MTU and CANFD_MTU are allowed
534     CAN_RAW_FD_FRAMES disabled: only CAN_MTU is allowed (default)
535
536   Example:
537     [ remember: CANFD_MTU == sizeof(struct canfd_frame) ]
538
539     struct canfd_frame cfd;
540
541     nbytes = read(s, &cfd, CANFD_MTU);
542
543     if (nbytes == CANFD_MTU) {
544             printf("got CAN FD frame with length %d\n", cfd.len);
545             /* cfd.flags contains valid data */
546     } else if (nbytes == CAN_MTU) {
547             printf("got legacy CAN frame with length %d\n", cfd.len);
548             /* cfd.flags is undefined */
549     } else {
550             fprintf(stderr, "read: invalid CAN(FD) frame\n");
551             return 1;
552     }
553
554     /* the content can be handled independently from the received MTU size */
555
556     printf("can_id: %X data length: %d data: ", cfd.can_id, cfd.len);
557     for (i = 0; i < cfd.len; i++)
558             printf("%02X ", cfd.data[i]);
559
560   When reading with size CANFD_MTU only returns CAN_MTU bytes that have
561   been received from the socket a legacy CAN frame has been read into the
562   provided CAN FD structure. Note that the canfd_frame.flags data field is
563   not specified in the struct can_frame and therefore it is only valid in
564   CANFD_MTU sized CAN FD frames.
565
566   As long as the payload length is <=8 the received CAN frames from CAN FD
567   capable CAN devices can be received and read by legacy sockets too. When
568   user-generated CAN FD frames have a payload length <=8 these can be send
569   by legacy CAN network interfaces too. Sending CAN FD frames with payload
570   length > 8 to a legacy CAN network interface returns an -EMSGSIZE error.
571
572   Implementation hint for new CAN applications:
573
574   To build a CAN FD aware application use struct canfd_frame as basic CAN
575   data structure for CAN_RAW based applications. When the application is
576   executed on an older Linux kernel and switching the CAN_RAW_FD_FRAMES
577   socket option returns an error: No problem. You'll get legacy CAN frames
578   or CAN FD frames and can process them the same way.
579
580   When sending to CAN devices make sure that the device is capable to handle
581   CAN FD frames by checking if the device maximum transfer unit is CANFD_MTU.
582   The CAN device MTU can be retrieved e.g. with a SIOCGIFMTU ioctl() syscall.
583
584   4.1.6 RAW socket returned message flags
585
586   When using recvmsg() call, the msg->msg_flags may contain following flags:
587
588     MSG_DONTROUTE: set when the received frame was created on the local host.
589
590     MSG_CONFIRM: set when the frame was sent via the socket it is received on.
591       This flag can be interpreted as a 'transmission confirmation' when the
592       CAN driver supports the echo of frames on driver level, see 3.2 and 6.2.
593       In order to receive such messages, CAN_RAW_RECV_OWN_MSGS must be set.
594
595   4.2 Broadcast Manager protocol sockets (SOCK_DGRAM)
596   4.3 connected transport protocols (SOCK_SEQPACKET)
597   4.4 unconnected transport protocols (SOCK_DGRAM)
598
599
600 5. Socket CAN core module
601 -------------------------
602
603   The Socket CAN core module implements the protocol family
604   PF_CAN. CAN protocol modules are loaded by the core module at
605   runtime. The core module provides an interface for CAN protocol
606   modules to subscribe needed CAN IDs (see chapter 3.1).
607
608   5.1 can.ko module params
609
610   - stats_timer: To calculate the Socket CAN core statistics
611     (e.g. current/maximum frames per second) this 1 second timer is
612     invoked at can.ko module start time by default. This timer can be
613     disabled by using stattimer=0 on the module commandline.
614
615   - debug: (removed since SocketCAN SVN r546)
616
617   5.2 procfs content
618
619   As described in chapter 3.1 the Socket CAN core uses several filter
620   lists to deliver received CAN frames to CAN protocol modules. These
621   receive lists, their filters and the count of filter matches can be
622   checked in the appropriate receive list. All entries contain the
623   device and a protocol module identifier:
624
625     foo@bar:~$ cat /proc/net/can/rcvlist_all
626
627     receive list 'rx_all':
628       (vcan3: no entry)
629       (vcan2: no entry)
630       (vcan1: no entry)
631       device   can_id   can_mask  function  userdata   matches  ident
632        vcan0     000    00000000  f88e6370  f6c6f400         0  raw
633       (any: no entry)
634
635   In this example an application requests any CAN traffic from vcan0.
636
637     rcvlist_all - list for unfiltered entries (no filter operations)
638     rcvlist_eff - list for single extended frame (EFF) entries
639     rcvlist_err - list for error message frames masks
640     rcvlist_fil - list for mask/value filters
641     rcvlist_inv - list for mask/value filters (inverse semantic)
642     rcvlist_sff - list for single standard frame (SFF) entries
643
644   Additional procfs files in /proc/net/can
645
646     stats       - Socket CAN core statistics (rx/tx frames, match ratios, ...)
647     reset_stats - manual statistic reset
648     version     - prints the Socket CAN core version and the ABI version
649
650   5.3 writing own CAN protocol modules
651
652   To implement a new protocol in the protocol family PF_CAN a new
653   protocol has to be defined in include/linux/can.h .
654   The prototypes and definitions to use the Socket CAN core can be
655   accessed by including include/linux/can/core.h .
656   In addition to functions that register the CAN protocol and the
657   CAN device notifier chain there are functions to subscribe CAN
658   frames received by CAN interfaces and to send CAN frames:
659
660     can_rx_register   - subscribe CAN frames from a specific interface
661     can_rx_unregister - unsubscribe CAN frames from a specific interface
662     can_send          - transmit a CAN frame (optional with local loopback)
663
664   For details see the kerneldoc documentation in net/can/af_can.c or
665   the source code of net/can/raw.c or net/can/bcm.c .
666
667 6. CAN network drivers
668 ----------------------
669
670   Writing a CAN network device driver is much easier than writing a
671   CAN character device driver. Similar to other known network device
672   drivers you mainly have to deal with:
673
674   - TX: Put the CAN frame from the socket buffer to the CAN controller.
675   - RX: Put the CAN frame from the CAN controller to the socket buffer.
676
677   See e.g. at Documentation/networking/netdevices.txt . The differences
678   for writing CAN network device driver are described below:
679
680   6.1 general settings
681
682     dev->type  = ARPHRD_CAN; /* the netdevice hardware type */
683     dev->flags = IFF_NOARP;  /* CAN has no arp */
684
685     dev->mtu = CAN_MTU; /* sizeof(struct can_frame) -> legacy CAN interface */
686
687     or alternative, when the controller supports CAN with flexible data rate:
688     dev->mtu = CANFD_MTU; /* sizeof(struct canfd_frame) -> CAN FD interface */
689
690   The struct can_frame or struct canfd_frame is the payload of each socket
691   buffer (skbuff) in the protocol family PF_CAN.
692
693   6.2 local loopback of sent frames
694
695   As described in chapter 3.2 the CAN network device driver should
696   support a local loopback functionality similar to the local echo
697   e.g. of tty devices. In this case the driver flag IFF_ECHO has to be
698   set to prevent the PF_CAN core from locally echoing sent frames
699   (aka loopback) as fallback solution:
700
701     dev->flags = (IFF_NOARP | IFF_ECHO);
702
703   6.3 CAN controller hardware filters
704
705   To reduce the interrupt load on deep embedded systems some CAN
706   controllers support the filtering of CAN IDs or ranges of CAN IDs.
707   These hardware filter capabilities vary from controller to
708   controller and have to be identified as not feasible in a multi-user
709   networking approach. The use of the very controller specific
710   hardware filters could make sense in a very dedicated use-case, as a
711   filter on driver level would affect all users in the multi-user
712   system. The high efficient filter sets inside the PF_CAN core allow
713   to set different multiple filters for each socket separately.
714   Therefore the use of hardware filters goes to the category 'handmade
715   tuning on deep embedded systems'. The author is running a MPC603e
716   @133MHz with four SJA1000 CAN controllers from 2002 under heavy bus
717   load without any problems ...
718
719   6.4 The virtual CAN driver (vcan)
720
721   Similar to the network loopback devices, vcan offers a virtual local
722   CAN interface. A full qualified address on CAN consists of
723
724   - a unique CAN Identifier (CAN ID)
725   - the CAN bus this CAN ID is transmitted on (e.g. can0)
726
727   so in common use cases more than one virtual CAN interface is needed.
728
729   The virtual CAN interfaces allow the transmission and reception of CAN
730   frames without real CAN controller hardware. Virtual CAN network
731   devices are usually named 'vcanX', like vcan0 vcan1 vcan2 ...
732   When compiled as a module the virtual CAN driver module is called vcan.ko
733
734   Since Linux Kernel version 2.6.24 the vcan driver supports the Kernel
735   netlink interface to create vcan network devices. The creation and
736   removal of vcan network devices can be managed with the ip(8) tool:
737
738   - Create a virtual CAN network interface:
739        $ ip link add type vcan
740
741   - Create a virtual CAN network interface with a specific name 'vcan42':
742        $ ip link add dev vcan42 type vcan
743
744   - Remove a (virtual CAN) network interface 'vcan42':
745        $ ip link del vcan42
746
747   6.5 The CAN network device driver interface
748
749   The CAN network device driver interface provides a generic interface
750   to setup, configure and monitor CAN network devices. The user can then
751   configure the CAN device, like setting the bit-timing parameters, via
752   the netlink interface using the program "ip" from the "IPROUTE2"
753   utility suite. The following chapter describes briefly how to use it.
754   Furthermore, the interface uses a common data structure and exports a
755   set of common functions, which all real CAN network device drivers
756   should use. Please have a look to the SJA1000 or MSCAN driver to
757   understand how to use them. The name of the module is can-dev.ko.
758
759   6.5.1 Netlink interface to set/get devices properties
760
761   The CAN device must be configured via netlink interface. The supported
762   netlink message types are defined and briefly described in
763   "include/linux/can/netlink.h". CAN link support for the program "ip"
764   of the IPROUTE2 utility suite is available and it can be used as shown
765   below:
766
767   - Setting CAN device properties:
768
769     $ ip link set can0 type can help
770     Usage: ip link set DEVICE type can
771         [ bitrate BITRATE [ sample-point SAMPLE-POINT] ] |
772         [ tq TQ prop-seg PROP_SEG phase-seg1 PHASE-SEG1
773           phase-seg2 PHASE-SEG2 [ sjw SJW ] ]
774
775         [ loopback { on | off } ]
776         [ listen-only { on | off } ]
777         [ triple-sampling { on | off } ]
778
779         [ restart-ms TIME-MS ]
780         [ restart ]
781
782         Where: BITRATE       := { 1..1000000 }
783                SAMPLE-POINT  := { 0.000..0.999 }
784                TQ            := { NUMBER }
785                PROP-SEG      := { 1..8 }
786                PHASE-SEG1    := { 1..8 }
787                PHASE-SEG2    := { 1..8 }
788                SJW           := { 1..4 }
789                RESTART-MS    := { 0 | NUMBER }
790
791   - Display CAN device details and statistics:
792
793     $ ip -details -statistics link show can0
794     2: can0: <NOARP,UP,LOWER_UP,ECHO> mtu 16 qdisc pfifo_fast state UP qlen 10
795       link/can
796       can <TRIPLE-SAMPLING> state ERROR-ACTIVE restart-ms 100
797       bitrate 125000 sample_point 0.875
798       tq 125 prop-seg 6 phase-seg1 7 phase-seg2 2 sjw 1
799       sja1000: tseg1 1..16 tseg2 1..8 sjw 1..4 brp 1..64 brp-inc 1
800       clock 8000000
801       re-started bus-errors arbit-lost error-warn error-pass bus-off
802       41         17457      0          41         42         41
803       RX: bytes  packets  errors  dropped overrun mcast
804       140859     17608    17457   0       0       0
805       TX: bytes  packets  errors  dropped carrier collsns
806       861        112      0       41      0       0
807
808   More info to the above output:
809
810     "<TRIPLE-SAMPLING>"
811         Shows the list of selected CAN controller modes: LOOPBACK,
812         LISTEN-ONLY, or TRIPLE-SAMPLING.
813
814     "state ERROR-ACTIVE"
815         The current state of the CAN controller: "ERROR-ACTIVE",
816         "ERROR-WARNING", "ERROR-PASSIVE", "BUS-OFF" or "STOPPED"
817
818     "restart-ms 100"
819         Automatic restart delay time. If set to a non-zero value, a
820         restart of the CAN controller will be triggered automatically
821         in case of a bus-off condition after the specified delay time
822         in milliseconds. By default it's off.
823
824     "bitrate 125000 sample_point 0.875"
825         Shows the real bit-rate in bits/sec and the sample-point in the
826         range 0.000..0.999. If the calculation of bit-timing parameters
827         is enabled in the kernel (CONFIG_CAN_CALC_BITTIMING=y), the
828         bit-timing can be defined by setting the "bitrate" argument.
829         Optionally the "sample-point" can be specified. By default it's
830         0.000 assuming CIA-recommended sample-points.
831
832     "tq 125 prop-seg 6 phase-seg1 7 phase-seg2 2 sjw 1"
833         Shows the time quanta in ns, propagation segment, phase buffer
834         segment 1 and 2 and the synchronisation jump width in units of
835         tq. They allow to define the CAN bit-timing in a hardware
836         independent format as proposed by the Bosch CAN 2.0 spec (see
837         chapter 8 of http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/can2spec.pdf).
838
839     "sja1000: tseg1 1..16 tseg2 1..8 sjw 1..4 brp 1..64 brp-inc 1
840      clock 8000000"
841         Shows the bit-timing constants of the CAN controller, here the
842         "sja1000". The minimum and maximum values of the time segment 1
843         and 2, the synchronisation jump width in units of tq, the
844         bitrate pre-scaler and the CAN system clock frequency in Hz.
845         These constants could be used for user-defined (non-standard)
846         bit-timing calculation algorithms in user-space.
847
848     "re-started bus-errors arbit-lost error-warn error-pass bus-off"
849         Shows the number of restarts, bus and arbitration lost errors,
850         and the state changes to the error-warning, error-passive and
851         bus-off state. RX overrun errors are listed in the "overrun"
852         field of the standard network statistics.
853
854   6.5.2 Setting the CAN bit-timing
855
856   The CAN bit-timing parameters can always be defined in a hardware
857   independent format as proposed in the Bosch CAN 2.0 specification
858   specifying the arguments "tq", "prop_seg", "phase_seg1", "phase_seg2"
859   and "sjw":
860
861     $ ip link set canX type can tq 125 prop-seg 6 \
862                                 phase-seg1 7 phase-seg2 2 sjw 1
863
864   If the kernel option CONFIG_CAN_CALC_BITTIMING is enabled, CIA
865   recommended CAN bit-timing parameters will be calculated if the bit-
866   rate is specified with the argument "bitrate":
867
868     $ ip link set canX type can bitrate 125000
869
870   Note that this works fine for the most common CAN controllers with
871   standard bit-rates but may *fail* for exotic bit-rates or CAN system
872   clock frequencies. Disabling CONFIG_CAN_CALC_BITTIMING saves some
873   space and allows user-space tools to solely determine and set the
874   bit-timing parameters. The CAN controller specific bit-timing
875   constants can be used for that purpose. They are listed by the
876   following command:
877
878     $ ip -details link show can0
879     ...
880       sja1000: clock 8000000 tseg1 1..16 tseg2 1..8 sjw 1..4 brp 1..64 brp-inc 1
881
882   6.5.3 Starting and stopping the CAN network device
883
884   A CAN network device is started or stopped as usual with the command
885   "ifconfig canX up/down" or "ip link set canX up/down". Be aware that
886   you *must* define proper bit-timing parameters for real CAN devices
887   before you can start it to avoid error-prone default settings:
888
889     $ ip link set canX up type can bitrate 125000
890
891   A device may enter the "bus-off" state if too much errors occurred on
892   the CAN bus. Then no more messages are received or sent. An automatic
893   bus-off recovery can be enabled by setting the "restart-ms" to a
894   non-zero value, e.g.:
895
896     $ ip link set canX type can restart-ms 100
897
898   Alternatively, the application may realize the "bus-off" condition
899   by monitoring CAN error message frames and do a restart when
900   appropriate with the command:
901
902     $ ip link set canX type can restart
903
904   Note that a restart will also create a CAN error message frame (see
905   also chapter 3.4).
906
907   6.6 CAN FD (flexible data rate) driver support
908
909   CAN FD capable CAN controllers support two different bitrates for the
910   arbitration phase and the payload phase of the CAN FD frame. Therefore a
911   second bittiming has to be specified in order to enable the CAN FD bitrate.
912
913   Additionally CAN FD capable CAN controllers support up to 64 bytes of
914   payload. The representation of this length in can_frame.can_dlc and
915   canfd_frame.len for userspace applications and inside the Linux network
916   layer is a plain value from 0 .. 64 instead of the CAN 'data length code'.
917   The data length code was a 1:1 mapping to the payload length in the legacy
918   CAN frames anyway. The payload length to the bus-relevant DLC mapping is
919   only performed inside the CAN drivers, preferably with the helper
920   functions can_dlc2len() and can_len2dlc().
921
922   The CAN netdevice driver capabilities can be distinguished by the network
923   devices maximum transfer unit (MTU):
924
925   MTU = 16 (CAN_MTU)   => sizeof(struct can_frame)   => 'legacy' CAN device
926   MTU = 72 (CANFD_MTU) => sizeof(struct canfd_frame) => CAN FD capable device
927
928   The CAN device MTU can be retrieved e.g. with a SIOCGIFMTU ioctl() syscall.
929   N.B. CAN FD capable devices can also handle and send legacy CAN frames.
930
931   FIXME: Add details about the CAN FD controller configuration when available.
932
933   6.7 Supported CAN hardware
934
935   Please check the "Kconfig" file in "drivers/net/can" to get an actual
936   list of the support CAN hardware. On the Socket CAN project website
937   (see chapter 7) there might be further drivers available, also for
938   older kernel versions.
939
940 7. Socket CAN resources
941 -----------------------
942
943   You can find further resources for Socket CAN like user space tools,
944   support for old kernel versions, more drivers, mailing lists, etc.
945   at the BerliOS OSS project website for Socket CAN:
946
947     http://developer.berlios.de/projects/socketcan
948
949   If you have questions, bug fixes, etc., don't hesitate to post them to
950   the Socketcan-Users mailing list. But please search the archives first.
951
952 8. Credits
953 ----------
954
955   Oliver Hartkopp (PF_CAN core, filters, drivers, bcm, SJA1000 driver)
956   Urs Thuermann (PF_CAN core, kernel integration, socket interfaces, raw, vcan)
957   Jan Kizka (RT-SocketCAN core, Socket-API reconciliation)
958   Wolfgang Grandegger (RT-SocketCAN core & drivers, Raw Socket-API reviews,
959                        CAN device driver interface, MSCAN driver)
960   Robert Schwebel (design reviews, PTXdist integration)
961   Marc Kleine-Budde (design reviews, Kernel 2.6 cleanups, drivers)
962   Benedikt Spranger (reviews)
963   Thomas Gleixner (LKML reviews, coding style, posting hints)
964   Andrey Volkov (kernel subtree structure, ioctls, MSCAN driver)
965   Matthias Brukner (first SJA1000 CAN netdevice implementation Q2/2003)
966   Klaus Hitschler (PEAK driver integration)
967   Uwe Koppe (CAN netdevices with PF_PACKET approach)
968   Michael Schulze (driver layer loopback requirement, RT CAN drivers review)
969   Pavel Pisa (Bit-timing calculation)
970   Sascha Hauer (SJA1000 platform driver)
971   Sebastian Haas (SJA1000 EMS PCI driver)
972   Markus Plessing (SJA1000 EMS PCI driver)
973   Per Dalen (SJA1000 Kvaser PCI driver)
974   Sam Ravnborg (reviews, coding style, kbuild help)