]> rtime.felk.cvut.cz Git - socketcan-devel.git/blobdiff - kernel/2.6/Documentation/networking/can/overview.txt
Added new documentation layout contributed by Daniele Venzano.
[socketcan-devel.git] / kernel / 2.6 / Documentation / networking / can / overview.txt
diff --git a/kernel/2.6/Documentation/networking/can/overview.txt b/kernel/2.6/Documentation/networking/can/overview.txt
new file mode 100644 (file)
index 0000000..6837172
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,254 @@
+============================================================================
+
+overview.txt : introduction and general concepts
+
+Part of the documentation for the socketCAN subsystem
+
+This file contains:
+
+  1 Overview / What is Socket CAN
+
+  2 Motivation / Why using the socket API
+
+  3 Socket CAN concept
+    3.1 receive lists
+    3.2 local loopback of sent frames
+    3.3 network security issues (capabilities)
+    3.4 network problem notifications
+
+  4 Socket CAN resources
+
+  5 Credits
+
+============================================================================
+
+1. Overview / What is Socket CAN
+--------------------------------
+
+  The socketcan package is an implementation of CAN protocols
+  (Controller Area Network) for Linux.  CAN is a networking technology
+  which has widespread use in automation, embedded devices, and
+  automotive fields.  While there have been other CAN implementations
+  for Linux based on character devices, Socket CAN uses the Berkeley
+  socket API, the Linux network stack and implements the CAN device
+  drivers as network interfaces.  The CAN socket API has been designed
+  as similar as possible to the TCP/IP protocols to allow programmers,
+  familiar with network programming, to easily learn how to use CAN
+  sockets.
+
+2. Motivation / Why using the socket API
+----------------------------------------
+
+  There have been CAN implementations for Linux before Socket CAN so the
+  question arises, why we have started another project.  Most existing
+  implementations come as a device driver for some CAN hardware, they
+  are based on character devices and provide comparatively little
+  functionality.  Usually, there is only a hardware-specific device
+  driver which provides a character device interface to send and
+  receive raw CAN frames, directly to/from the controller hardware.
+  Queueing of frames and higher-level transport protocols like ISO-TP
+  have to be implemented in user space applications.  Also, most
+  character-device implementations support only one single process to
+  open the device at a time, similar to a serial interface.  Exchanging
+  the CAN controller requires employment of another device driver and
+  often the need for adaption of large parts of the application to the
+  new driver's API.
+  
+  Socket CAN was designed to overcome all of these limitations.  A new
+  protocol family has been implemented which provides a socket interface
+  to user space applications and which builds upon the Linux network
+  layer, so to use all of the provided queueing functionality.  A device
+  driver for CAN controller hardware registers itself with the Linux
+  network layer as a network device, so that CAN frames from the
+  controller can be passed up to the network layer and on to the CAN
+  protocol family module and also vice-versa.  Also, the protocol family
+  module provides an API for transport protocol modules to register, so
+  that any number of transport protocols can be loaded or unloaded
+  dynamically.  In fact, the can core module alone does not provide any
+  protocol and cannot be used without loading at least one additional
+  protocol module.  Multiple sockets can be opened at the same time,
+  on different or the same protocol module and they can listen/send
+  frames on different or the same CAN IDs.  Several sockets listening on
+  the same interface for frames with the same CAN ID are all passed the
+  same received matching CAN frames.  An application wishing to
+  communicate using a specific transport protocol, e.g. ISO-TP, just
+  selects that protocol when opening the socket, and then can read and
+  write application data byte streams, without having to deal with
+  CAN-IDs, frames, etc.
+  
+  Similar functionality visible from user-space could be provided by a
+  character device, too, but this would lead to a technically inelegant
+  solution for a couple of reasons:
+
+* Intricate usage.  Instead of passing a protocol argument to
+  socket(2) and using bind(2) to select a CAN interface and CAN ID, an
+  application would have to do all these operations using ioctl(2)s.
+
+* Code duplication.  A character device cannot make use of the Linux
+  network queueing code, so all that code would have to be duplicated
+  for CAN networking.
+
+* Abstraction.  In most existing character-device implementations, the
+  hardware-specific device driver for a CAN controller directly
+  provides the character device for the application to work with.
+  This is at least very unusual in Unix systems for both, char and
+  block devices.  For example you don't have a character device for a
+  certain UART of a serial interface, a certain sound chip in your
+  computer, a SCSI or IDE controller providing access to your hard
+  disk or tape streamer device.  Instead, you have abstraction layers
+  which provide a unified character or block device interface to the
+  application on the one hand, and a interface for hardware-specific
+  device drivers on the other hand.  These abstractions are provided
+  by subsystems like the tty layer, the audio subsystem or the SCSI
+  and IDE subsystems for the devices mentioned above.
+
+  The easiest way to implement a CAN device driver is as a character
+  device without such a (complete) abstraction layer, as is done by most
+  existing drivers.  The right way, however, would be to add such a
+  layer with all the functionality like registering for certain CAN
+  IDs, supporting several open file descriptors and (de)multiplexing
+  CAN frames between them, (sophisticated) queueing of CAN frames, and
+  providing an API for device drivers to register with.  However, then
+  it would be no more difficult, or may be even easier, to use the
+  networking framework provided by the Linux kernel, and this is what
+  Socket CAN does.
+
+  The use of the networking framework of the Linux kernel is just the
+  natural and most appropriate way to implement CAN for Linux.
+
+3. Socket CAN concept
+---------------------
+
+  As described in chapter 2 it is the main goal of Socket CAN to
+  provide a socket interface to user space applications which builds
+  upon the Linux network layer. In contrast to the commonly known
+  TCP/IP and ethernet networking, the CAN bus is a broadcast-only(!)
+  medium that has no MAC-layer addressing like ethernet. The CAN-identifier
+  (can_id) is used for arbitration on the CAN-bus. Therefore the CAN-IDs
+  have to be chosen uniquely on the bus. When designing a CAN-ECU
+  network the CAN-IDs are mapped to be sent by a specific ECU.
+  For this reason a CAN-ID can be treated best as a kind of source address.
+
+  3.1 receive lists
+
+  The network transparent access of multiple applications leads to the
+  problem that different applications may be interested in the same
+  CAN-IDs from the same CAN network interface. The Socket CAN core
+  module - which implements the protocol family CAN - provides several
+  high efficient receive lists for this reason. If e.g. a user space
+  application opens a CAN RAW socket, the raw protocol module itself
+  requests the (range of) CAN-IDs from the Socket CAN core that are
+  requested by the user. The subscription and unsubscription of
+  CAN-IDs can be done for specific CAN interfaces or for all(!) known
+  CAN interfaces with the can_rx_(un)register() functions provided to
+  CAN protocol modules by the SocketCAN core (see can-core.txt).
+  To optimize the CPU usage at runtime the receive lists are split up
+  into several specific lists per device that match the requested
+  filter complexity for a given use-case.
+
+  3.2 local loopback of sent frames
+
+  As known from other networking concepts the data exchanging
+  applications may run on the same or different nodes without any
+  change (except for the according addressing information):
+
+         ___   ___   ___                   _______   ___
+        | _ | | _ | | _ |                 | _   _ | | _ |
+        ||A|| ||B|| ||C||                 ||A| |B|| ||C||
+        |___| |___| |___|                 |_______| |___|
+          |     |     |                       |       |
+        -----------------(1)- CAN bus -(2)---------------
+
+  To ensure that application A receives the same information in the
+  example (2) as it would receive in example (1) there is need for
+  some kind of local loopback of the sent CAN frames on the appropriate
+  node.
+
+  The Linux network devices (by default) just can handle the
+  transmission and reception of media dependent frames. Due to the
+  arbitration on the CAN bus the transmission of a low prio CAN-ID
+  may be delayed by the reception of a high prio CAN frame. To
+  reflect the correct* traffic on the node the loopback of the sent
+  data has to be performed right after a successful transmission. If
+  the CAN network interface is not capable of performing the loopback for
+  some reason the SocketCAN core can do this task as a fallback solution.
+  See can-drivers.txt, chapter 1.2 for details (recommended).
+
+  The loopback functionality is enabled by default to reflect standard
+  networking behaviour for CAN applications. Due to some requests from
+  the RT-SocketCAN group the loopback optionally may be disabled for each
+  separate socket. See sockopts from the CAN RAW sockets in can-raw.txt.
+
+  * = you really like to have this when you're running analyser tools
+      like 'candump' or 'cansniffer' on the (same) node.
+
+  3.3 network security issues (capabilities)
+
+  The Controller Area Network is a local field bus transmitting only
+  broadcast messages without any routing and security concepts.
+  In the majority of cases the user application has to deal with
+  raw CAN frames. Therefore it might be reasonable NOT to restrict
+  the CAN access only to the user root, as known from other networks.
+  Since the currently implemented CAN_RAW and CAN_BCM sockets can only
+  send and receive frames to/from CAN interfaces it does not affect
+  security of others networks to allow all users to access the CAN.
+  To enable non-root users to access CAN_RAW and CAN_BCM protocol
+  sockets the Kconfig options CAN_RAW_USER and/or CAN_BCM_USER may be
+  selected at kernel compile time.
+
+  3.4 network problem notifications
+
+  The use of the CAN bus may lead to several problems on the physical
+  and media access control layer. Detecting and logging of these lower
+  layer problems is a vital requirement for CAN users to identify
+  hardware issues on the physical transceiver layer as well as
+  arbitration problems and error frames caused by the different
+  ECUs. The occurrence of detected errors are important for diagnosis
+  and have to be logged together with the exact timestamp. For this
+  reason the CAN interface driver can generate so called Error Frames
+  that can optionally be passed to the user application in the same
+  way as other CAN frames. Whenever an error on the physical layer
+  or the MAC layer is detected (e.g. by the CAN controller) the driver
+  creates an appropriate error frame. Error frames can be requested by
+  the user application using the common CAN filter mechanisms. Inside
+  this filter definition the (interested) type of errors may be
+  selected. The reception of error frames is disabled by default.
+  The format of the CAN error frame is briefly decribed in the Linux
+  header file "include/linux/can/error.h".
+
+4. Socket CAN resources
+-----------------------
+
+  You can find further resources for Socket CAN like user space tools,
+  support for old kernel versions, more drivers, mailing lists, etc.
+  at the BerliOS OSS project website for Socket CAN:
+
+    http://developer.berlios.de/projects/socketcan
+
+  If you have questions, bug fixes, etc., don't hesitate to post them to
+  the Socketcan-Users mailing list. But please search the archives first.
+
+5. Credits
+----------
+
+  Oliver Hartkopp (PF_CAN core, filters, drivers, bcm, SJA1000 driver)
+  Urs Thuermann (PF_CAN core, kernel integration, socket interfaces, raw, vcan)
+  Jan Kizka (RT-SocketCAN core, Socket-API reconciliation)
+  Wolfgang Grandegger (RT-SocketCAN core & drivers, Raw Socket-API reviews,
+                       CAN device driver interface, MSCAN driver)
+  Robert Schwebel (design reviews, PTXdist integration)
+  Marc Kleine-Budde (design reviews, Kernel 2.6 cleanups, drivers)
+  Benedikt Spranger (reviews)
+  Thomas Gleixner (LKML reviews, coding style, posting hints)
+  Andrey Volkov (kernel subtree structure, ioctls, MSCAN driver)
+  Matthias Brukner (first SJA1000 CAN netdevice implementation Q2/2003)
+  Klaus Hitschler (PEAK driver integration)
+  Uwe Koppe (CAN netdevices with PF_PACKET approach)
+  Michael Schulze (driver layer loopback requirement, RT CAN drivers review)
+  Pavel Pisa (Bit-timing calculation)
+  Sascha Hauer (SJA1000 platform driver)
+  Sebastian Haas (SJA1000 EMS PCI driver)
+  Markus Plessing (SJA1000 EMS PCI driver)
+  Per Dalen (SJA1000 Kvaser PCI driver)
+  Sam Ravnborg (reviews, coding style, kbuild help)
+