pollfds mutex protection
[platform/upstream/libusb.git] / libusb / io.c
1 /*
2  * I/O functions for libusb
3  * Copyright (C) 2007-2008 Daniel Drake <dsd@gentoo.org>
4  * Copyright (c) 2001 Johannes Erdfelt <johannes@erdfelt.com>
5  *
6  * This library is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with this library; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 #include <config.h>
22 #include <errno.h>
23 #include <poll.h>
24 #include <pthread.h>
25 #include <signal.h>
26 #include <stdint.h>
27 #include <stdlib.h>
28 #include <string.h>
29 #include <sys/select.h>
30 #include <sys/time.h>
31 #include <time.h>
32 #include <unistd.h>
33
34 #include "libusbi.h"
35
36 /* this is a list of in-flight transfer handles, sorted by timeout expiration.
37  * URBs to timeout the soonest are placed at the beginning of the list, URBs
38  * that will time out later are placed after, and urbs with infinite timeout
39  * are always placed at the very end. */
40 static struct list_head flying_transfers;
41 static pthread_mutex_t flying_transfers_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
42
43 /* list of poll fd's */
44 static struct list_head pollfds;
45 static pthread_mutex_t pollfds_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
46
47 /* user callbacks for pollfd changes */
48 static libusb_pollfd_added_cb fd_added_cb = NULL;
49 static libusb_pollfd_removed_cb fd_removed_cb = NULL;
50
51 /**
52  * \page io Synchronous and asynchronous device I/O
53  *
54  * \section intro Introduction
55  *
56  * If you're using libusb in your application, you're probably wanting to
57  * perform I/O with devices - you want to perform USB data transfers.
58  *
59  * libusb offers two separate interfaces for device I/O. This page aims to
60  * introduce the two in order to help you decide which one is more suitable
61  * for your application. You can also choose to use both interfaces in your
62  * application by considering each transfer on a case-by-case basis.
63  *
64  * Once you have read through the following discussion, you should consult the
65  * detailed API documentation pages for the details:
66  * - \ref syncio
67  * - \ref asyncio
68  *
69  * \section theory Transfers at a logical level
70  *
71  * At a logical level, USB transfers typically happen in two parts. For
72  * example, when reading data from a endpoint:
73  * -# A request for data is sent to the device
74  * -# Some time later, the incoming data is received by the host
75  *
76  * or when writing data to an endpoint:
77  *
78  * -# The data is sent to the device
79  * -# Some time later, the host receives acknowledgement from the device that
80  *    the data has been transferred.
81  *
82  * There may be an indefinite delay between the two steps. Consider a
83  * fictional USB input device with a button that the user can press. In order
84  * to determine when the button is pressed, you would likely submit a request
85  * to read data on a bulk or interrupt endpoint and wait for data to arrive.
86  * Data will arrive when the button is pressed by the user, which is
87  * potentially hours later.
88  *
89  * libusb offers both a synchronous and an asynchronous interface to performing
90  * USB transfers. The main difference is that the synchronous interface
91  * combines both steps indicated above into a single function call, whereas
92  * the asynchronous interface separates them.
93  *
94  * \section sync The synchronous interface
95  *
96  * The synchronous I/O interface allows you to perform a USB transfer with
97  * a single function call. When the function call returns, the transfer has
98  * completed and you can parse the results.
99  *
100  * If you have used the libusb-0.1 before, this I/O style will seem familar to
101  * you. libusb-0.1 only offered a synchronous interface.
102  *
103  * In our input device example, to read button presses you might write code
104  * in the following style:
105 \code
106 unsigned char data[4];
107 int actual_length,
108 int r = libusb_bulk_transfer(handle, EP_IN, data, sizeof(data), &actual_length, 0);
109 if (r == 0 && actual_length == sizeof(data)) {
110         // results of the transaction can now be found in the data buffer
111         // parse them here and report button press
112 } else {
113         error();
114 }
115 \endcode
116  *
117  * The main advantage of this model is simplicity: you did everything with
118  * a single simple function call.
119  *
120  * However, this interface has its limitations. Your application will sleep
121  * inside libusb_bulk_transfer() until the transaction has completed. If it
122  * takes the user 3 hours to press the button, your application will be
123  * sleeping for that long. Execution will be tied up inside the library -
124  * the entire thread will be useless for that duration.
125  *
126  * Another issue is that by tieing up the thread with that single transaction
127  * there is no possibility of performing I/O with multiple endpoints and/or
128  * multiple devices simultaneously, unless you resort to creating one thread
129  * per transaction.
130  *
131  * Additionally, there is no opportunity to cancel the transfer after the
132  * request has been submitted.
133  *
134  * For details on how to use the synchronous API, see the
135  * \ref syncio "synchronous I/O API documentation" pages.
136  * 
137  * \section async The asynchronous interface
138  *
139  * Asynchronous I/O is the most significant new feature in libusb-1.0.
140  * Although it is a more complex interface, it solves all the issues detailed
141  * above.
142  *
143  * Instead of providing which functions that block until the I/O has complete,
144  * libusb's asynchronous interface presents non-blocking functions which
145  * begin a transfer and then return immediately. Your application passes a
146  * callback function pointer to this non-blocking function, which libusb will
147  * call with the results of the transaction when it has completed.
148  *
149  * Transfers which have been submitted through the non-blocking functions
150  * can be cancelled with a separate function call.
151  *
152  * The non-blocking nature of this interface allows you to be simultaneously
153  * performing I/O to multiple endpoints on multiple devices, without having
154  * to use threads.
155  *
156  * This added flexibility does come with some complications though:
157  * - In the interest of being a lightweight library, libusb does not create
158  * threads and can only operate when your application is calling into it. Your
159  * application must call into libusb from it's main loop when events are ready
160  * to be handled, or you must use some other scheme to allow libusb to
161  * undertake whatever work needs to be done.
162  * - libusb also needs to be called into at certain fixed points in time in
163  * order to accurately handle transfer timeouts.
164  * - Memory handling becomes more complex. You cannot use stack memory unless
165  * the function with that stack is guaranteed not to return until the transfer
166  * callback has finished executing.
167  * - You generally lose some linearity from your code flow because submitting
168  * the transfer request is done in a separate function from where the transfer
169  * results are handled. This becomes particularly obvious when you want to
170  * submit a second transfer based on the results of an earlier transfer.
171  *
172  * Internally, libusb's synchronous interface is expressed in terms of function
173  * calls to the asynchronous interface.
174  *
175  * For details on how to use the asynchronous API, see the
176  * \ref asyncio "asynchronous I/O API" documentation pages.
177  */
178
179 /**
180  * @defgroup asyncio Asynchronous device I/O
181  *
182  * This page details libusb's asynchronous (non-blocking) API for USB device
183  * I/O. This interface is very powerful but is also quite complex - you will
184  * need to read this page carefully to understand the necessary considerations
185  * and issues surrounding use of this interface. Simplistic applications
186  * may wish to consider the \ref syncio "synchronous I/O API" instead.
187  *
188  * The asynchronous interface is built around the idea of separating transfer
189  * submission and handling of transfer completion (the synchronous model
190  * combines both of these into one). There may be a long delay between
191  * submission and completion, however the asynchronous submission function
192  * is non-blocking so will return control to your application during that
193  * potentially long delay.
194  *
195  * \section asyncabstraction Transfer abstraction
196  *
197  * For the asynchronous I/O, libusb implements the concept of a generic
198  * transfer entity for all types of I/O (control, bulk, interrupt,
199  * isochronous). The generic transfer object must be treated slightly
200  * differently depending on which type of I/O you are performing with it.
201  *
202  * This is represented by the public libusb_transfer structure type.
203  *
204  * \section asynctrf Asynchronous transfers
205  *
206  * We can view asynchronous I/O as a 5 step process:
207  * -# Allocation
208  * -# Filling
209  * -# Submission
210  * -# Completion handling
211  * -# Deallocation
212  *
213  * \subsection asyncalloc Allocation
214  *
215  * This step involves allocating memory for a USB transfer. This is the
216  * generic transfer object mentioned above. At this stage, the transfer
217  * is "blank" with no details about what type of I/O it will be used for.
218  *
219  * Allocation is done with the libusb_alloc_transfer() function. You must use
220  * this function rather than allocating your own transfers.
221  *
222  * \subsection asyncfill Filling
223  *
224  * This step is where you take a previously allocated transfer and fill it
225  * with information to determine the message type and direction, data buffer,
226  * callback function, etc.
227  *
228  * You can either fill the required fields yourself or you can use the
229  * helper functions: libusb_fill_control_transfer(), libusb_fill_bulk_transfer()
230  * and libusb_fill_interrupt_transfer().
231  *
232  * \subsection asyncsubmit Submission
233  *
234  * When you have allocated a transfer and filled it, you can submit it using
235  * libusb_submit_transfer(). This function returns immediately but can be
236  * regarded as firing off the I/O request in the background.
237  *
238  * \subsection asynccomplete Completion handling
239  *
240  * After a transfer has been submitted, one of four things can happen to it:
241  *
242  * - The transfer completes (i.e. some data was transferred)
243  * - The transfer has a timeout and the timeout expires before all data is
244  * transferred
245  * - The transfer fails due to an error
246  * - The transfer is cancelled
247  *
248  * Each of these will cause the user-specified transfer callback function to
249  * be invoked. It is up to the callback function to determine which of the
250  * above actually happened and to act accordingly.
251  *
252  * \subsection Deallocation
253  *
254  * When a transfer has completed (i.e. the callback function has been invoked),
255  * you are advised to free the transfer (unless you wish to resubmit it, see
256  * below). Transfers are deallocated with libusb_free_transfer().
257  *
258  * It is undefined behaviour to free a transfer which has not completed.
259  *
260  * \section asyncresubmit Resubmission
261  *
262  * You may be wondering why allocation, filling, and submission are all
263  * separated above where they could reasonably be combined into a single
264  * operation.
265  *
266  * The reason for separation is to allow you to resubmit transfers without
267  * having to allocate new ones every time. This is especially useful for
268  * common situations dealing with interrupt endpoints - you allocate one
269  * transfer, fill and submit it, and when it returns with results you just
270  * resubmit it for the next interrupt.
271  *
272  * \section asynccancel Cancellation
273  *
274  * Another advantage of using the asynchronous interface is that you have
275  * the ability to cancel transfers which have not yet completed. This is
276  * done by calling the libusb_cancel_transfer() function.
277  *
278  * libusb_cancel_transfer() is asynchronous/non-blocking in itself. When the
279  * cancellation actually completes, the transfer's callback function will
280  * be invoked, and the callback function should check the transfer status to
281  * determine that it was cancelled.
282  *
283  * Freeing the transfer after it has been cancelled but before cancellation
284  * has completed will result in undefined behaviour.
285  *
286  * \section asyncctrl Considerations for control transfers
287  *
288  * The <tt>libusb_transfer</tt> structure is generic and hence does not
289  * include specific fields for the control-specific setup packet structure.
290  *
291  * In order to perform a control transfer, you must place the 8-byte setup
292  * packet at the start of the data buffer. To simplify this, you could
293  * cast the buffer pointer to type struct libusb_control_setup, or you can
294  * use the helper function libusb_fill_control_setup().
295  *
296  * The wLength field placed in the setup packet must be the length you would
297  * expect to be sent in the setup packet: the length of the payload that
298  * follows (or the expected maximum number of bytes to receive). However,
299  * the length field of the libusb_transfer object must be the length of
300  * the data buffer - i.e. it should be wLength <em>plus</em> the size of
301  * the setup packet (LIBUSB_CONTROL_SETUP_SIZE).
302  *
303  * If you use the helper functions, this is simplified for you:
304  * -# Allocate a buffer of size LIBUSB_CONTROL_SETUP_SIZE plus the size of the
305  * data you are sending/requesting.
306  * -# Call libusb_fill_control_setup() on the data buffer, using the transfer
307  * request size as the wLength value (i.e. do not include the extra space you
308  * allocated for the control setup).
309  * -# If this is a host-to-device transfer, place the data to be transferred
310  * in the data buffer, starting at offset LIBUSB_CONTROL_SETUP_SIZE.
311  * -# Call libusb_fill_control_transfer() to associate the data buffer with
312  * the transfer (and to set the remaining details such as callback and timeout).
313  *   - Note that there is no parameter to set the length field of the transfer.
314  *     The length is automatically inferred from the wLength field of the setup
315  *     packet.
316  * -# Submit the transfer.
317  *
318  * Further considerations are needed when handling transfer completion in
319  * your callback function:
320  * - As you might expect, the setup packet will still be sitting at the start
321  * of the data buffer.
322  * - If this was a device-to-host transfer, the received data will be sitting
323  * at offset LIBUSB_CONTROL_SETUP_SIZE into the buffer.
324  * - The actual_length field of the transfer structure is relative to the
325  * wLength of the setup packet, rather than the size of the data buffer. So,
326  * if your wLength was 4, your transfer's <tt>length</tt> was 12, then you
327  * should expect an <tt>actual_length</tt> of 4 to indicate that the data was
328  * transferred in entirity.
329  *
330  * To simplify parsing of setup packets and obtaining the data from the
331  * correct offset, you may wish to use the libusb_control_transfer_get_data()
332  * and libusb_control_transfer_get_setup() functions within your transfer
333  * callback.
334  *
335  * \section asynciso Considerations for isochronous transfers
336  *
337  * As isochronous transfers are more complicated than transfers to
338  * non-isochronous endpoints.
339  *
340  * To perform I/O to an isochronous endpoint, allocate the transfer by calling
341  * libusb_alloc_transfer() with an appropriate number of isochronous packets.
342  *
343  * During filling, set \ref libusb_transfer::endpoint_type "endpoint_type" to
344  * \ref libusb_endpoint_type::LIBUSB_ENDPOINT_TYPE_ISOCHRONOUS
345  * "LIBUSB_ENDPOINT_TYPE_ISOCHRONOUS", and set
346  * \ref libusb_transfer::num_iso_packets "num_iso_packets" to a value less than
347  * or equal to the number of packets you requested during allocation.
348  * libusb_alloc_transfer() does not set either of these fields for you, given
349  * that you might not even use the transfer on an isochronous endpoint.
350  *
351  * Next, populate the length field for the first num_iso_packets entries in
352  * the \ref libusb_transfer::iso_packet_desc "iso_packet_desc" array. Section
353  * 5.6.3 of the USB2 specifications describe how the maximum isochronous
354  * packet length is determined by the endpoint descriptor. FIXME need a helper
355  * function to find this.
356  * FIXME, write a helper function to set the length for all iso packets in an
357  * array
358  *
359  * For outgoing transfers, you'll obviously fill the buffer and populate the
360  * packet descriptors in hope that all the data gets transferred. For incoming
361  * transfers, you must ensure the buffer has sufficient capacity for
362  * the situation where all packets transfer the full amount of requested data.
363  *
364  * Completion handling requires some extra consideration. The
365  * \ref libusb_transfer::actual_length "actual_length" field of the transfer
366  * is meaningless and should not be examined; instead you must refer to the
367  * \ref libusb_iso_packet_descriptor::actual_length "actual_length" field of
368  * each individual packet.
369  *
370  * The \ref libusb_transfer::status "status" field of the transfer is also a
371  * little misleading:
372  *  - If the packets were submitted and the isochronous data microframes
373  *    completed normally, status will have value
374  *    \ref libusb_transfer_status::LIBUSB_TRANSFER_COMPLETED
375  *    "LIBUSB_TRANSFER_COMPLETED". Note that bus errors and software-incurred
376  *    delays are not counted as transfer errors; the transfer.status field may
377  *    indicate COMPLETED even if some or all of the packets failed. Refer to
378  *    the \ref libusb_iso_packet_descriptor::status "status" field of each
379  *    individual packet to determine packet failures.
380  *  - The status field will have value
381  *    \ref libusb_transfer_status::LIBUSB_TRANSFER_ERROR
382  *    "LIBUSB_TRANSFER_ERROR" only when serious errors were encountered.
383  *  - Other transfer status codes occur with normal behaviour.
384  *
385  * The data for each packet will be found at an offset into the buffer that
386  * can be calculated as if each prior packet completed in full. FIXME write
387  * a helper function to determine this, and flesh this description out a bit
388  * more.
389  *
390  * \section asyncmem Memory caveats
391  *
392  * In most circumstances, it is not safe to use stack memory for transfer
393  * buffers. This is because the function that fired off the asynchronous
394  * transfer may return before libusb has finished using the buffer, and when
395  * the function returns it's stack gets destroyed. This is true for both
396  * host-to-device and device-to-host transfers.
397  *
398  * The only case in which it is safe to use stack memory is where you can
399  * guarantee that the function owning the stack space for the buffer does not
400  * return until after the transfer's callback function has completed. In every
401  * other case, you need to use heap memory instead.
402  *
403  * \section asyncflags Fine control
404  *
405  * Through using this asynchronous interface, you may find yourself repeating
406  * a few simple operations many times. You can apply a bitwise OR of certain
407  * flags to a transfer to simplify certain things:
408  * - \ref libusb_transfer_flags::LIBUSB_TRANSFER_SHORT_NOT_OK
409  *   "LIBUSB_TRANSFER_SHORT_NOT_OK" results in transfers which transferred
410  *   less than the requested amount of data being marked with status
411  *   \ref libusb_transfer_status::LIBUSB_TRANSFER_ERROR "LIBUSB_TRANSFER_ERROR"
412  *   (they would normally be regarded as COMPLETED)
413  * - \ref libusb_transfer_flags::LIBUSB_TRANSFER_FREE_BUFFER
414  *   "LIBUSB_TRANSFER_FREE_BUFFER" allows you to ask libusb to free the transfer
415  *   buffer when freeing the transfer.
416  * - \ref libusb_transfer_flags::LIBUSB_TRANSFER_FREE_TRANSFER
417  *   "LIBUSB_TRANSFER_FREE_TRANSFER" causes libusb to automatically free the
418  *   transfer after the transfer callback returns.
419  *
420  * \section asyncevent Event handling
421  *
422  * In accordance of the aim of being a lightweight library, libusb does not
423  * create threads internally. This means that libusb code does not execute
424  * at any time other than when your application is calling a libusb function.
425  * However, an asynchronous model requires that libusb perform work at various
426  * points in time - namely processing the results of previously-submitted
427  * transfers and invoking the user-supplied callback function.
428  *
429  * This gives rise to the libusb_handle_events() function which your
430  * application must call into when libusb has work do to. This gives libusb
431  * the opportunity to reap pending transfers, invoke callbacks, etc.
432  *
433  * The first issue to discuss here is how your application can figure out
434  * when libusb has work to do. In fact, there are two naive options which
435  * do not actually require your application to know this:
436  * -# Periodically call libusb_handle_events() in non-blocking mode at fixed
437  *    short intervals from your main loop
438  * -# Repeatedly call libusb_handle_events() in blocking mode from a dedicated
439  *    thread.
440  *
441  * The first option is plainly not very nice, and will cause unnecessary 
442  * CPU wakeups leading to increased power usage and decreased battery life.
443  * The second option is not very nice either, but may be the nicest option
444  * available to you if the "proper" approach can not be applied to your
445  * application (read on...).
446  * 
447  * The recommended option is to integrate libusb with your application main
448  * event loop. libusb exposes a set of file descriptors which allow you to do
449  * this. Your main loop is probably already calling poll() or select() or a
450  * variant on a set of file descriptors for other event sources (e.g. keyboard
451  * button presses, mouse movements, network sockets, etc). You then add
452  * libusb's file descriptors to your poll()/select() calls, and when activity
453  * is detected on such descriptors you know it is time to call
454  * libusb_handle_events().
455  *
456  * There is one final event handling complication. libusb supports
457  * asynchronous transfers which time out after a specified time period, and
458  * this requires that libusb is called into at or after the timeout so that
459  * the timeout can be handled. So, in addition to considering libusb's file
460  * descriptors in your main event loop, you must also consider that libusb
461  * sometimes needs to be called into at fixed points in time even when there
462  * is no file descriptor activity.
463  *
464  * For the details on retrieving the set of file descriptors and determining
465  * the next timeout, see the \ref poll "polling and timing" API documentation.
466  */
467
468 /**
469  * @defgroup poll Polling and timing
470  *
471  * This page documents libusb's functions for polling events and timing.
472  * These functions are only necessary for users of the
473  * \ref asyncio "asynchronous API". If you are only using the simpler
474  * \ref syncio "synchronous API" then you do not need to ever call these
475  * functions.
476  *
477  * The justification for the functionality described here has already been
478  * discussed in the \ref asyncevent "event handling" section of the
479  * asynchronous API documentation. In summary, libusb does not create internal
480  * threads for event processing and hence relies on your application calling
481  * into libusb at certain points in time so that pending events can be handled.
482  * In order to know precisely when libusb needs to be called into, libusb
483  * offers you a set of pollable file descriptors and information about when
484  * the next timeout expires.
485  *
486  * If you are using the asynchronous I/O API, you must take one of the two
487  * following options, otherwise your I/O will not complete.
488  *
489  * \section pollsimple The simple option
490  *
491  * If your application revolves solely around libusb and does not need to
492  * handle other event sources, you can have a program structure as follows:
493 \code
494 // initialize libusb
495 // find and open device
496 // maybe fire off some initial async I/O
497
498 while (user_has_not_requested_exit)
499         libusb_handle_events();
500
501 // clean up and exit
502 \endcode
503  *
504  * With such a simple main loop, you do not have to worry about managing
505  * sets of file descriptors or handling timeouts. libusb_handle_events() will
506  * handle those details internally.
507  *
508  * \section pollmain The more advanced option
509  *
510  * In more advanced applications, you will already have a main loop which
511  * is monitoring other event sources: network sockets, X11 events, mouse
512  * movements, etc. Through exposing a set of file descriptors, libusb is
513  * designed to cleanly integrate into such main loops.
514  *
515  * In addition to polling file descriptors for the other event sources, you
516  * take a set of file descriptors from libusb and monitor those too. When you
517  * detect activity on libusb's file descriptors, you call
518  * libusb_handle_events_timeout() in non-blocking mode.
519  *
520  * You must also consider the fact that libusb sometimes has to handle events
521  * at certain known times which do not generate activity on file descriptors.
522  * Your main loop must also consider these times, modify it's poll()/select()
523  * timeout accordingly, and track time so that libusb_handle_events_timeout()
524  * is called in non-blocking mode when timeouts expire.
525  *
526  * In pseudo-code, you want something that looks like:
527 \code
528 // initialise libusb
529
530 libusb_get_pollfds()
531 while (user has not requested application exit) {
532         libusb_get_next_timeout();
533         select(on libusb file descriptors plus any other event sources of interest,
534                 using a timeout no larger than the value libusb just suggested)
535         if (select() indicated activity on libusb file descriptors)
536                 libusb_handle_events_timeout(0);
537         if (time has elapsed to or beyond the libusb timeout)
538                 libusb_handle_events_timeout(0);
539 }
540
541 // clean up and exit
542 \endcode
543  *
544  * The set of file descriptors that libusb uses as event sources may change
545  * during the life of your application. Rather than having to repeatedly
546  * call libusb_get_pollfds(), you can set up notification functions for when
547  * the file descriptor set changes using libusb_set_pollfd_notifiers().
548  *
549  */
550
551 void usbi_io_init()
552 {
553         list_init(&flying_transfers);
554         list_init(&pollfds);
555         fd_added_cb = NULL;
556         fd_removed_cb = NULL;
557 }
558
559 static int calculate_timeout(struct usbi_transfer *transfer)
560 {
561         int r;
562         struct timespec current_time;
563         unsigned int timeout =
564                 __USBI_TRANSFER_TO_LIBUSB_TRANSFER(transfer)->timeout;
565
566         if (!timeout)
567                 return 0;
568
569         r = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &current_time);
570         if (r < 0) {
571                 usbi_err("failed to read monotonic clock, errno=%d", errno);
572                 return r;
573         }
574
575         current_time.tv_sec += timeout / 1000;
576         current_time.tv_nsec += (timeout % 1000) * 1000000;
577
578         if (current_time.tv_nsec > 1000000000) {
579                 current_time.tv_nsec -= 1000000000;
580                 current_time.tv_sec++;
581         }
582
583         TIMESPEC_TO_TIMEVAL(&transfer->timeout, &current_time);
584         return 0;
585 }
586
587 static void add_to_flying_list(struct usbi_transfer *transfer)
588 {
589         struct usbi_transfer *cur;
590         struct timeval *timeout = &transfer->timeout;
591         
592         pthread_mutex_lock(&flying_transfers_lock);
593
594         /* if we have no other flying transfers, start the list with this one */
595         if (list_empty(&flying_transfers)) {
596                 list_add(&transfer->list, &flying_transfers);
597                 goto out;
598         }
599
600         /* if we have infinite timeout, append to end of list */
601         if (!timerisset(timeout)) {
602                 list_add_tail(&transfer->list, &flying_transfers);
603                 goto out;
604         }
605
606         /* otherwise, find appropriate place in list */
607         list_for_each_entry(cur, &flying_transfers, list) {
608                 /* find first timeout that occurs after the transfer in question */
609                 struct timeval *cur_tv = &cur->timeout;
610
611                 if (!timerisset(cur_tv) || (cur_tv->tv_sec > timeout->tv_sec) ||
612                                 (cur_tv->tv_sec == timeout->tv_sec &&
613                                         cur_tv->tv_usec > timeout->tv_usec)) {
614                         list_add_tail(&transfer->list, &cur->list);
615                         goto out;
616                 }
617         }
618
619         /* otherwise we need to be inserted at the end */
620         list_add_tail(&transfer->list, &flying_transfers);
621 out:
622         pthread_mutex_unlock(&flying_transfers_lock);
623 }
624
625 static int submit_transfer(struct usbi_transfer *itransfer)
626 {
627         int r = usbi_backend->submit_transfer(itransfer);
628         if (r < 0)
629                 return r;
630
631         add_to_flying_list(itransfer);
632         return 0;
633 }
634
635 /** \ingroup asyncio
636  * Allocate a libusb transfer with a specified number of isochronous packet
637  * descriptors. The returned transfer is pre-initialized for you. When the new
638  * transfer is no longer needed, it should be freed with
639  * libusb_free_transfer().
640  *
641  * Transfers intended for non-isochronous endpoints (e.g. control, bulk,
642  * interrupt) should specify an iso_packets count of zero.
643  *
644  * For transfers intended for isochronous endpoints, specify an appropriate
645  * number of packet descriptors to be allocated as part of the transfer.
646  * The returned transfer is not specially initialized for isochronous I/O;
647  * you are still required to set the
648  * \ref libusb_transfer::num_iso_packets "num_iso_packets" and
649  * \ref libusb_transfer::endpoint_type "endpoint_type" fields accordingly.
650  *
651  * It is safe to allocate a transfer with some isochronous packets and then
652  * use it on a non-isochronous endpoint. If you do this, ensure that at time
653  * of submission, num_iso_packets is 0 and that endpoint_type is set
654  * appropriately.
655  *
656  * \param iso_packets number of isochronous packet descriptors to allocate
657  * \returns a newly allocated transfer, or NULL on error
658  */
659 API_EXPORTED struct libusb_transfer *libusb_alloc_transfer(int iso_packets)
660 {
661         size_t os_alloc_size = usbi_backend->transfer_priv_size
662                 + (usbi_backend->add_iso_packet_size * iso_packets);
663         int alloc_size = sizeof(struct usbi_transfer)
664                 + sizeof(struct libusb_transfer)
665                 + (sizeof(struct libusb_iso_packet_descriptor) * iso_packets)
666                 + os_alloc_size;
667         struct usbi_transfer *itransfer = malloc(alloc_size);
668         if (!itransfer)
669                 return NULL;
670
671         memset(itransfer, 0, alloc_size);
672         itransfer->num_iso_packets = iso_packets;
673         return __USBI_TRANSFER_TO_LIBUSB_TRANSFER(itransfer);
674 }
675
676 /** \ingroup asyncio
677  * Free a transfer structure. This should be called for all transfers
678  * allocated with libusb_alloc_transfer().
679  *
680  * If the \ref libusb_transfer_flags::LIBUSB_TRANSFER_FREE_BUFFER
681  * "LIBUSB_TRANSFER_FREE_BUFFER" flag is set and the transfer buffer is
682  * non-NULL, this function will also free the transfer buffer using the
683  * standard system memory allocator (e.g. free()).
684  *
685  * It is legal to call this function with a NULL transfer. In this case,
686  * the function will simply return safely.
687  *
688  * \param transfer the transfer to free
689  */
690 API_EXPORTED void libusb_free_transfer(struct libusb_transfer *transfer)
691 {
692         struct usbi_transfer *itransfer;
693         if (!transfer)
694                 return;
695
696         if (transfer->flags & LIBUSB_TRANSFER_FREE_BUFFER && transfer->buffer)
697                 free(transfer->buffer);
698
699         itransfer = __LIBUSB_TRANSFER_TO_USBI_TRANSFER(transfer);
700         free(itransfer);
701 }
702
703 /** \ingroup asyncio
704  * Submit a transfer. This function will fire off the USB transfer and then
705  * return immediately.
706  *
707  * It is undefined behaviour to submit a transfer that has already been
708  * submitted but has not yet completed.
709  *
710  * \param transfer the transfer to submit
711  * \returns 0 on success
712  * \returns negative on error
713  */
714 API_EXPORTED int libusb_submit_transfer(struct libusb_transfer *transfer)
715 {
716         struct usbi_transfer *itransfer =
717                 __LIBUSB_TRANSFER_TO_USBI_TRANSFER(transfer);
718         int r;
719
720         itransfer->transferred = 0;
721         r = calculate_timeout(itransfer);
722         if (r < 0)
723                 return r;
724
725         if (transfer->endpoint_type == LIBUSB_ENDPOINT_TYPE_CONTROL) {
726                 struct libusb_control_setup *setup =
727                         (struct libusb_control_setup *) transfer->buffer;
728         
729                 usbi_dbg("RQT=%02x RQ=%02x VAL=%04x IDX=%04x length=%d",
730                         setup->bmRequestType, setup->bRequest, setup->wValue, setup->wIndex,
731                         setup->wLength);
732
733                 setup->wValue = cpu_to_le16(setup->wValue);
734                 setup->wIndex = cpu_to_le16(setup->wIndex);
735                 setup->wLength = cpu_to_le16(setup->wLength);
736         }
737
738         return submit_transfer(itransfer);
739 }
740
741 /** \ingroup asyncio
742  * Asynchronously cancel a previously submitted transfer.
743  * It is undefined behaviour to call this function on a transfer that is
744  * already being cancelled or has already completed.
745  * This function returns immediately, but this does not indicate cancellation
746  * is complete. Your callback function will be invoked at some later time
747  * with a transfer status of
748  * \ref libusb_transfer_status::LIBUSB_TRANSFER_CANCELLED
749  * "LIBUSB_TRANSFER_CANCELLED."
750  *
751  * \param transfer the transfer to cancel
752  * \returns 0 on success
753  * \returns non-zero on error
754  */
755 API_EXPORTED int libusb_cancel_transfer(struct libusb_transfer *transfer)
756 {
757         struct usbi_transfer *itransfer =
758                 __LIBUSB_TRANSFER_TO_USBI_TRANSFER(transfer);
759         int r;
760
761         usbi_dbg("");
762         r = usbi_backend->cancel_transfer(itransfer);
763         if (r < 0)
764                 usbi_err("cancel transfer failed error %d", r);
765         return r;
766 }
767
768 /** \ingroup asyncio
769  * Cancel a transfer and wait for cancellation completion without invoking
770  * the transfer callback. This function will block. 
771  *
772  * It is undefined behaviour to call this function on a transfer that is
773  * already being cancelled or has already completed.
774  *
775  * \param transfer the transfer to cancel
776  * \returns 0 on success
777  * \returns non-zero on error
778  */
779 API_EXPORTED int libusb_cancel_transfer_sync(struct libusb_transfer *transfer)
780 {
781         struct usbi_transfer *itransfer =
782                 __LIBUSB_TRANSFER_TO_USBI_TRANSFER(transfer);
783         int r;
784
785         usbi_dbg("");
786         r = usbi_backend->cancel_transfer(itransfer);
787         if (r < 0) {
788                 usbi_err("cancel transfer failed error %d", r);
789                 return r;
790         }
791
792         itransfer->flags |= USBI_TRANSFER_SYNC_CANCELLED;
793         while (itransfer->flags & USBI_TRANSFER_SYNC_CANCELLED) {
794                 r = libusb_handle_events();
795                 if (r < 0)
796                         return r;
797         }
798
799         return 0;
800 }
801
802 void usbi_handle_transfer_completion(struct usbi_transfer *itransfer,
803         enum libusb_transfer_status status)
804 {
805         struct libusb_transfer *transfer =
806                 __USBI_TRANSFER_TO_LIBUSB_TRANSFER(itransfer);
807         uint8_t flags;
808
809         list_del(&itransfer->list);
810         if (status == LIBUSB_TRANSFER_SILENT_COMPLETION)
811                 return;
812
813         if (status == LIBUSB_TRANSFER_COMPLETED
814                         && transfer->flags & LIBUSB_TRANSFER_SHORT_NOT_OK) {
815                 int rqlen = transfer->length;
816                 if (transfer->endpoint_type == LIBUSB_ENDPOINT_TYPE_CONTROL)
817                         rqlen -= LIBUSB_CONTROL_SETUP_SIZE;
818                 if (rqlen != itransfer->transferred) {
819                         usbi_dbg("interpreting short transfer as error");
820                         status = LIBUSB_TRANSFER_ERROR;
821                 }
822         }
823
824         flags = transfer->flags;
825         transfer->status = status;
826         transfer->actual_length = itransfer->transferred;
827         if (transfer->callback)
828                 transfer->callback(transfer);
829         /* transfer might have been freed by the above call, do not use from
830          * this point. */
831         if (flags & LIBUSB_TRANSFER_FREE_TRANSFER)
832                 libusb_free_transfer(transfer);
833 }
834
835 void usbi_handle_transfer_cancellation(struct usbi_transfer *transfer)
836 {
837         /* if the URB is being cancelled synchronously, raise cancellation
838          * completion event by unsetting flag, and ensure that user callback does
839          * not get called.
840          */
841         if (transfer->flags & USBI_TRANSFER_SYNC_CANCELLED) {
842                 transfer->flags &= ~USBI_TRANSFER_SYNC_CANCELLED;
843                 usbi_dbg("detected sync. cancel");
844                 usbi_handle_transfer_completion(transfer,
845                         LIBUSB_TRANSFER_SILENT_COMPLETION);
846                 return;
847         }
848
849         /* if the URB was cancelled due to timeout, report timeout to the user */
850         if (transfer->flags & USBI_TRANSFER_TIMED_OUT) {
851                 usbi_dbg("detected timeout cancellation");
852                 usbi_handle_transfer_completion(transfer, LIBUSB_TRANSFER_TIMED_OUT);
853                 return;
854         }
855
856         /* otherwise its a normal async cancel */
857         usbi_handle_transfer_completion(transfer, LIBUSB_TRANSFER_CANCELLED);
858 }
859
860 static void handle_timeout(struct usbi_transfer *itransfer)
861 {
862         struct libusb_transfer *transfer =
863                 __USBI_TRANSFER_TO_LIBUSB_TRANSFER(itransfer);
864         int r;
865
866         itransfer->flags |= USBI_TRANSFER_TIMED_OUT;
867         r = libusb_cancel_transfer(transfer);
868         if (r < 0)
869                 usbi_warn("async cancel failed %d errno=%d", r, errno);
870 }
871
872 static int handle_timeouts(void)
873 {
874         struct timespec systime_ts;
875         struct timeval systime;
876         struct usbi_transfer *transfer;
877         int r = 0;
878
879         pthread_mutex_lock(&flying_transfers_lock);
880         if (list_empty(&flying_transfers))
881                 goto out;
882
883         /* get current time */
884         r = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &systime_ts);
885         if (r < 0)
886                 goto out;
887
888         TIMESPEC_TO_TIMEVAL(&systime, &systime_ts);
889
890         /* iterate through flying transfers list, finding all transfers that
891          * have expired timeouts */
892         list_for_each_entry(transfer, &flying_transfers, list) {
893                 struct timeval *cur_tv = &transfer->timeout;
894
895                 /* if we've reached transfers of infinite timeout, we're all done */
896                 if (!timerisset(cur_tv))
897                         goto out;
898
899                 /* ignore timeouts we've already handled */
900                 if (transfer->flags & USBI_TRANSFER_TIMED_OUT)
901                         continue;
902
903                 /* if transfer has non-expired timeout, nothing more to do */
904                 if ((cur_tv->tv_sec > systime.tv_sec) ||
905                                 (cur_tv->tv_sec == systime.tv_sec &&
906                                         cur_tv->tv_usec > systime.tv_usec))
907                         goto out;
908         
909                 /* otherwise, we've got an expired timeout to handle */
910                 handle_timeout(transfer);
911         }
912
913 out:
914         pthread_mutex_unlock(&flying_transfers_lock);
915         return r;
916 }
917
918 static int handle_events(struct timeval *tv)
919 {
920         int r;
921         int maxfd = 0;
922         fd_set readfds, writefds;
923         fd_set *_readfds = NULL;
924         fd_set *_writefds = NULL;
925         struct usbi_pollfd *ipollfd;
926         int have_readfds = 0;
927         int have_writefds = 0;
928         struct timeval select_timeout;
929         struct timeval timeout;
930
931         r = libusb_get_next_timeout(&timeout);
932         if (r) {
933                 /* timeout already expired? */
934                 if (!timerisset(&timeout))
935                         return handle_timeouts();
936
937                 /* choose the smallest of next URB timeout or user specified timeout */
938                 if (timercmp(&timeout, tv, <))
939                         select_timeout = timeout;
940                 else
941                         select_timeout = *tv;
942         } else {
943                 select_timeout = *tv;
944         }
945
946         FD_ZERO(&readfds);
947         FD_ZERO(&writefds);
948         pthread_mutex_lock(&pollfds_lock);
949         list_for_each_entry(ipollfd, &pollfds, list) {
950                 struct libusb_pollfd *pollfd = &ipollfd->pollfd;
951                 int fd = pollfd->fd;
952                 if (pollfd->events & POLLIN) {
953                         have_readfds = 1;
954                         FD_SET(fd, &readfds);
955                 }
956                 if (pollfd->events & POLLOUT) {
957                         have_writefds = 1;
958                         FD_SET(fd, &writefds);
959                 }
960                 if (fd > maxfd)
961                         maxfd = fd;
962         }
963         pthread_mutex_unlock(&pollfds_lock);
964
965         if (have_readfds)
966                 _readfds = &readfds;
967         if (have_writefds)
968                 _writefds = &writefds;
969
970         usbi_dbg("select() with timeout in %d.%06ds", select_timeout.tv_sec,
971                 select_timeout.tv_usec);
972         r = select(maxfd + 1, _readfds, _writefds, NULL, &select_timeout);
973         usbi_dbg("select() returned %d with %d.%06ds remaining",
974                 r, select_timeout.tv_sec, select_timeout.tv_usec);
975         if (r == 0) {
976                 *tv = select_timeout;
977                 return handle_timeouts();
978         } else if (r == -1 && errno == EINTR) {
979                 return 0;
980         } else if (r < 0) {
981                 usbi_err("select failed %d err=%d\n", r, errno);
982                 return r;
983         }
984
985         r = usbi_backend->handle_events(_readfds, _writefds);
986         if (r < 0)
987                 return r;
988
989         /* FIXME check return value? */
990         return handle_timeouts();
991 }
992
993 /** \ingroup poll
994  * Handle any pending events.
995  *
996  * libusb determines "pending events" by checking if any timeouts have expired
997  * and by checking the set of file descriptors for activity.
998  *
999  * If a zero timeval is passed, this function will handle any already-pending
1000  * events and then immediately return in non-blocking style.
1001  *
1002  * If a non-zero timeval is passed and no events are currently pending, this
1003  * function will block waiting for events to handle up until the specified
1004  * timeout. If an event arrives or a signal is raised, this function will
1005  * return early.
1006  *
1007  * \param tv the maximum time to block waiting for events, or zero for
1008  * non-blocking mode
1009  * \returns 0 on success
1010  * \returns non-zero on error
1011  */
1012 API_EXPORTED int libusb_handle_events_timeout(struct timeval *tv)
1013 {
1014         return handle_events(tv);
1015 }
1016
1017 /** \ingroup poll
1018  * Handle any pending events in blocking mode with a sensible timeout. This
1019  * timeout is currently hardcoded at 2 seconds but we may change this if we
1020  * decide other values are more sensible. For finer control over whether this
1021  * function is blocking or non-blocking, or the maximum timeout, use
1022  * libusb_handle_events_timeout() instead.
1023  *
1024  * \returns 0 on success
1025  * \returns non-zero on error
1026  */
1027 API_EXPORTED int libusb_handle_events(void)
1028 {
1029         struct timeval tv;
1030         tv.tv_sec = 2;
1031         tv.tv_usec = 0;
1032         return handle_events(&tv);
1033 }
1034
1035 /** \ingroup poll
1036  * Determine the next internal timeout that libusb needs to handle. You only
1037  * need to use this function if you are calling poll() or select() or similar
1038  * on libusb's file descriptors yourself - you do not need to use it if you
1039  * are calling libusb_handle_events() or a variant directly.
1040  * 
1041  * You should call this function in your main loop in order to determine how
1042  * long to wait for select() or poll() to return results. libusb needs to be
1043  * called into at this timeout, so you should use it as an upper bound on
1044  * your select() or poll() call.
1045  *
1046  * When the timeout has expired, call into libusb_handle_events_timeout()
1047  * (perhaps in non-blocking mode) so that libusb can handle the timeout.
1048  *
1049  * This function may return 0 (success) and an all-zero timeval. If this is
1050  * the case, it indicates that libusb has a timeout that has already expired
1051  * so you should call libusb_handle_events_timeout() or similar immediately.
1052  *
1053  * \param tv output location for a relative time against the current
1054  * clock in which libusb must be called into in order to process timeout events
1055  * \returns 0 on success
1056  * \returns non-zero on error
1057  */
1058 API_EXPORTED int libusb_get_next_timeout(struct timeval *tv)
1059 {
1060         struct usbi_transfer *transfer;
1061         struct timespec cur_ts;
1062         struct timeval cur_tv;
1063         struct timeval *next_timeout;
1064         int r;
1065         int found = 0;
1066
1067         pthread_mutex_lock(&flying_transfers_lock);
1068         if (list_empty(&flying_transfers)) {
1069                 pthread_mutex_unlock(&flying_transfers_lock);
1070                 usbi_dbg("no URBs, no timeout!");
1071                 return 0;
1072         }
1073
1074         /* find next transfer which hasn't already been processed as timed out */
1075         list_for_each_entry(transfer, &flying_transfers, list) {
1076                 if (!(transfer->flags & USBI_TRANSFER_TIMED_OUT)) {
1077                         found = 1;
1078                         break;
1079                 }
1080         }
1081         pthread_mutex_unlock(&flying_transfers_lock);
1082
1083         if (!found) {
1084                 usbi_dbg("all URBs have already been processed for timeouts");
1085                 return 0;
1086         }
1087
1088         next_timeout = &transfer->timeout;
1089
1090         /* no timeout for next transfer */
1091         if (!timerisset(next_timeout)) {
1092                 usbi_dbg("no URBs with timeouts, no timeout!");
1093                 return 0;
1094         }
1095
1096         r = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &cur_ts);
1097         if (r < 0) {
1098                 usbi_err("failed to read monotonic clock, errno=%d", errno);
1099                 return r;
1100         }
1101         TIMESPEC_TO_TIMEVAL(&cur_tv, &cur_ts);
1102
1103         if (timercmp(&cur_tv, next_timeout, >=)) {
1104                 usbi_dbg("first timeout already expired");
1105                 timerclear(tv);
1106         } else {
1107                 timersub(next_timeout, &cur_tv, tv);
1108                 usbi_dbg("next timeout in %d.%06ds", tv->tv_sec, tv->tv_usec);
1109         }
1110
1111         return 1;
1112 }
1113
1114 /** \ingroup poll
1115  * Register notification functions for file descriptor additions/removals.
1116  * These functions will be invoked for every new or removed file descriptor
1117  * that libusb uses as an event source.
1118  *
1119  * To remove notifiers, pass NULL values for the function pointers.
1120  *
1121  * \param added_cb pointer to function for addition notifications
1122  * \param removed_cb pointer to function for removal notifications
1123  */
1124 API_EXPORTED void libusb_set_pollfd_notifiers(libusb_pollfd_added_cb added_cb,
1125         libusb_pollfd_removed_cb removed_cb)
1126 {
1127         fd_added_cb = added_cb;
1128         fd_removed_cb = removed_cb;
1129 }
1130
1131 int usbi_add_pollfd(int fd, short events)
1132 {
1133         struct usbi_pollfd *ipollfd = malloc(sizeof(*ipollfd));
1134         if (!ipollfd)
1135                 return -ENOMEM;
1136
1137         usbi_dbg("add fd %d events %d", fd, events);
1138         ipollfd->pollfd.fd = fd;
1139         ipollfd->pollfd.events = events;
1140         pthread_mutex_lock(&pollfds_lock);
1141         list_add(&ipollfd->list, &pollfds);
1142         pthread_mutex_unlock(&pollfds_lock);
1143
1144         if (fd_added_cb)
1145                 fd_added_cb(fd, events);
1146         return 0;
1147 }
1148
1149 void usbi_remove_pollfd(int fd)
1150 {
1151         struct usbi_pollfd *ipollfd;
1152         int found = 0;
1153
1154         usbi_dbg("remove fd %d", fd);
1155         pthread_mutex_lock(&pollfds_lock);
1156         list_for_each_entry(ipollfd, &pollfds, list)
1157                 if (ipollfd->pollfd.fd == fd) {
1158                         found = 1;
1159                         break;
1160                 }
1161
1162         if (!found) {
1163                 usbi_err("couldn't find fd %d to remove", fd);
1164                 pthread_mutex_unlock(&pollfds_lock);
1165                 return;
1166         }
1167
1168         list_del(&ipollfd->list);
1169         pthread_mutex_unlock(&pollfds_lock);
1170         free(ipollfd);
1171         if (fd_removed_cb)
1172                 fd_removed_cb(fd);
1173 }
1174
1175 /** \ingroup poll
1176  * Retrieve a list of file descriptors that should be polled by your main loop
1177  * as libusb event sources.
1178  *
1179  * The returned list is NULL-terminated and should be freed with free() when
1180  * done. The actual list contents must not be touched.
1181  *
1182  * \returns a NULL-terminated list of libusb_pollfd structures, or NULL on
1183  * error
1184  */
1185 API_EXPORTED const struct libusb_pollfd **libusb_get_pollfds(void)
1186 {
1187         struct libusb_pollfd **ret = NULL;
1188         struct usbi_pollfd *ipollfd;
1189         size_t i = 0;
1190         size_t cnt = 0;
1191
1192         pthread_mutex_lock(&pollfds_lock);
1193         list_for_each_entry(ipollfd, &pollfds, list)
1194                 cnt++;
1195
1196         ret = calloc(cnt + 1, sizeof(struct libusb_pollfd *));
1197         if (!ret)
1198                 goto out;
1199
1200         list_for_each_entry(ipollfd, &pollfds, list)
1201                 ret[i++] = (struct libusb_pollfd *) ipollfd;
1202         ret[cnt] = NULL;
1203
1204 out:
1205         pthread_mutex_unlock(&pollfds_lock);
1206         return (const struct libusb_pollfd **) ret;
1207 }
1208