Merge branch 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/rostedt...
[pandora-kernel.git] / Documentation / DocBook / uio-howto.tmpl
1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
2 <!DOCTYPE book PUBLIC "-//OASIS//DTD DocBook XML V4.2//EN"
3 "http://www.oasis-open.org/docbook/xml/4.2/docbookx.dtd" []>
4
5 <book id="index">
6 <bookinfo>
7 <title>The Userspace I/O HOWTO</title>
8
9 <author>
10       <firstname>Hans-Jürgen</firstname>
11       <surname>Koch</surname>
12       <authorblurb><para>Linux developer, Linutronix</para></authorblurb>
13         <affiliation>
14         <orgname>
15                 <ulink url="http://www.linutronix.de">Linutronix</ulink>
16         </orgname>
17
18         <address>
19            <email>hjk@hansjkoch.de</email>
20         </address>
21     </affiliation>
22 </author>
23
24 <copyright>
25         <year>2006-2008</year>
26         <holder>Hans-Jürgen Koch.</holder>
27 </copyright>
28 <copyright>
29         <year>2009</year>
30         <holder>Red Hat Inc, Michael S. Tsirkin (mst@redhat.com)</holder>
31 </copyright>
32
33 <legalnotice>
34 <para>
35 This documentation is Free Software licensed under the terms of the
36 GPL version 2.
37 </para>
38 </legalnotice>
39
40 <pubdate>2006-12-11</pubdate>
41
42 <abstract>
43         <para>This HOWTO describes concept and usage of Linux kernel's
44                 Userspace I/O system.</para>
45 </abstract>
46
47 <revhistory>
48         <revision>
49         <revnumber>0.9</revnumber>
50         <date>2009-07-16</date>
51         <authorinitials>mst</authorinitials>
52         <revremark>Added generic pci driver
53                 </revremark>
54         </revision>
55         <revision>
56         <revnumber>0.8</revnumber>
57         <date>2008-12-24</date>
58         <authorinitials>hjk</authorinitials>
59         <revremark>Added name attributes in mem and portio sysfs directories.
60                 </revremark>
61         </revision>
62         <revision>
63         <revnumber>0.7</revnumber>
64         <date>2008-12-23</date>
65         <authorinitials>hjk</authorinitials>
66         <revremark>Added generic platform drivers and offset attribute.</revremark>
67         </revision>
68         <revision>
69         <revnumber>0.6</revnumber>
70         <date>2008-12-05</date>
71         <authorinitials>hjk</authorinitials>
72         <revremark>Added description of portio sysfs attributes.</revremark>
73         </revision>
74         <revision>
75         <revnumber>0.5</revnumber>
76         <date>2008-05-22</date>
77         <authorinitials>hjk</authorinitials>
78         <revremark>Added description of write() function.</revremark>
79         </revision>
80         <revision>
81         <revnumber>0.4</revnumber>
82         <date>2007-11-26</date>
83         <authorinitials>hjk</authorinitials>
84         <revremark>Removed section about uio_dummy.</revremark>
85         </revision>
86         <revision>
87         <revnumber>0.3</revnumber>
88         <date>2007-04-29</date>
89         <authorinitials>hjk</authorinitials>
90         <revremark>Added section about userspace drivers.</revremark>
91         </revision>
92         <revision>
93         <revnumber>0.2</revnumber>
94         <date>2007-02-13</date>
95         <authorinitials>hjk</authorinitials>
96         <revremark>Update after multiple mappings were added.</revremark>
97         </revision>
98         <revision>
99         <revnumber>0.1</revnumber>
100         <date>2006-12-11</date>
101         <authorinitials>hjk</authorinitials>
102         <revremark>First draft.</revremark>
103         </revision>
104 </revhistory>
105 </bookinfo>
106
107 <chapter id="aboutthisdoc">
108 <?dbhtml filename="aboutthis.html"?>
109 <title>About this document</title>
110
111 <sect1 id="translations">
112 <?dbhtml filename="translations.html"?>
113 <title>Translations</title>
114
115 <para>If you know of any translations for this document, or you are
116 interested in translating it, please email me
117 <email>hjk@hansjkoch.de</email>.
118 </para>
119 </sect1>
120
121 <sect1 id="preface">
122 <title>Preface</title>
123         <para>
124         For many types of devices, creating a Linux kernel driver is
125         overkill.  All that is really needed is some way to handle an
126         interrupt and provide access to the memory space of the
127         device.  The logic of controlling the device does not
128         necessarily have to be within the kernel, as the device does
129         not need to take advantage of any of other resources that the
130         kernel provides.  One such common class of devices that are
131         like this are for industrial I/O cards.
132         </para>
133         <para>
134         To address this situation, the userspace I/O system (UIO) was
135         designed.  For typical industrial I/O cards, only a very small
136         kernel module is needed. The main part of the driver will run in
137         user space. This simplifies development and reduces the risk of
138         serious bugs within a kernel module.
139         </para>
140         <para>
141         Please note that UIO is not an universal driver interface. Devices
142         that are already handled well by other kernel subsystems (like
143         networking or serial or USB) are no candidates for an UIO driver.
144         Hardware that is ideally suited for an UIO driver fulfills all of
145         the following:
146         </para>
147 <itemizedlist>
148 <listitem>
149         <para>The device has memory that can be mapped. The device can be
150         controlled completely by writing to this memory.</para>
151 </listitem>
152 <listitem>
153         <para>The device usually generates interrupts.</para>
154 </listitem>
155 <listitem>
156         <para>The device does not fit into one of the standard kernel
157         subsystems.</para>
158 </listitem>
159 </itemizedlist>
160 </sect1>
161
162 <sect1 id="thanks">
163 <title>Acknowledgments</title>
164         <para>I'd like to thank Thomas Gleixner and Benedikt Spranger of
165         Linutronix, who have not only written most of the UIO code, but also
166         helped greatly writing this HOWTO by giving me all kinds of background
167         information.</para>
168 </sect1>
169
170 <sect1 id="feedback">
171 <title>Feedback</title>
172         <para>Find something wrong with this document? (Or perhaps something
173         right?) I would love to hear from you. Please email me at
174         <email>hjk@hansjkoch.de</email>.</para>
175 </sect1>
176 </chapter>
177
178 <chapter id="about">
179 <?dbhtml filename="about.html"?>
180 <title>About UIO</title>
181
182 <para>If you use UIO for your card's driver, here's what you get:</para>
183
184 <itemizedlist>
185 <listitem>
186         <para>only one small kernel module to write and maintain.</para>
187 </listitem>
188 <listitem>
189         <para>develop the main part of your driver in user space,
190         with all the tools and libraries you're used to.</para>
191 </listitem>
192 <listitem>
193         <para>bugs in your driver won't crash the kernel.</para>
194 </listitem>
195 <listitem>
196         <para>updates of your driver can take place without recompiling
197         the kernel.</para>
198 </listitem>
199 </itemizedlist>
200
201 <sect1 id="how_uio_works">
202 <title>How UIO works</title>
203         <para>
204         Each UIO device is accessed through a device file and several
205         sysfs attribute files. The device file will be called
206         <filename>/dev/uio0</filename> for the first device, and
207         <filename>/dev/uio1</filename>, <filename>/dev/uio2</filename>
208         and so on for subsequent devices.
209         </para>
210
211         <para><filename>/dev/uioX</filename> is used to access the
212         address space of the card. Just use
213         <function>mmap()</function> to access registers or RAM
214         locations of your card.
215         </para>
216
217         <para>
218         Interrupts are handled by reading from
219         <filename>/dev/uioX</filename>. A blocking
220         <function>read()</function> from
221         <filename>/dev/uioX</filename> will return as soon as an
222         interrupt occurs. You can also use
223         <function>select()</function> on
224         <filename>/dev/uioX</filename> to wait for an interrupt. The
225         integer value read from <filename>/dev/uioX</filename>
226         represents the total interrupt count. You can use this number
227         to figure out if you missed some interrupts.
228         </para>
229         <para>
230         For some hardware that has more than one interrupt source internally,
231         but not separate IRQ mask and status registers, there might be
232         situations where userspace cannot determine what the interrupt source
233         was if the kernel handler disables them by writing to the chip's IRQ
234         register. In such a case, the kernel has to disable the IRQ completely
235         to leave the chip's register untouched. Now the userspace part can
236         determine the cause of the interrupt, but it cannot re-enable
237         interrupts. Another cornercase is chips where re-enabling interrupts
238         is a read-modify-write operation to a combined IRQ status/acknowledge
239         register. This would be racy if a new interrupt occurred
240         simultaneously.
241         </para>
242         <para>
243         To address these problems, UIO also implements a write() function. It
244         is normally not used and can be ignored for hardware that has only a
245         single interrupt source or has separate IRQ mask and status registers.
246         If you need it, however, a write to <filename>/dev/uioX</filename>
247         will call the <function>irqcontrol()</function> function implemented
248         by the driver. You have to write a 32-bit value that is usually either
249         0 or 1 to disable or enable interrupts. If a driver does not implement
250         <function>irqcontrol()</function>, <function>write()</function> will
251         return with <varname>-ENOSYS</varname>.
252         </para>
253
254         <para>
255         To handle interrupts properly, your custom kernel module can
256         provide its own interrupt handler. It will automatically be
257         called by the built-in handler.
258         </para>
259
260         <para>
261         For cards that don't generate interrupts but need to be
262         polled, there is the possibility to set up a timer that
263         triggers the interrupt handler at configurable time intervals.
264         This interrupt simulation is done by calling
265         <function>uio_event_notify()</function>
266         from the timer's event handler.
267         </para>
268
269         <para>
270         Each driver provides attributes that are used to read or write
271         variables. These attributes are accessible through sysfs
272         files.  A custom kernel driver module can add its own
273         attributes to the device owned by the uio driver, but not added
274         to the UIO device itself at this time.  This might change in the
275         future if it would be found to be useful.
276         </para>
277
278         <para>
279         The following standard attributes are provided by the UIO
280         framework:
281         </para>
282 <itemizedlist>
283 <listitem>
284         <para>
285         <filename>name</filename>: The name of your device. It is
286         recommended to use the name of your kernel module for this.
287         </para>
288 </listitem>
289 <listitem>
290         <para>
291         <filename>version</filename>: A version string defined by your
292         driver. This allows the user space part of your driver to deal
293         with different versions of the kernel module.
294         </para>
295 </listitem>
296 <listitem>
297         <para>
298         <filename>event</filename>: The total number of interrupts
299         handled by the driver since the last time the device node was
300         read.
301         </para>
302 </listitem>
303 </itemizedlist>
304 <para>
305         These attributes appear under the
306         <filename>/sys/class/uio/uioX</filename> directory.  Please
307         note that this directory might be a symlink, and not a real
308         directory.  Any userspace code that accesses it must be able
309         to handle this.
310 </para>
311 <para>
312         Each UIO device can make one or more memory regions available for
313         memory mapping. This is necessary because some industrial I/O cards
314         require access to more than one PCI memory region in a driver.
315 </para>
316 <para>
317         Each mapping has its own directory in sysfs, the first mapping
318         appears as <filename>/sys/class/uio/uioX/maps/map0/</filename>.
319         Subsequent mappings create directories <filename>map1/</filename>,
320         <filename>map2/</filename>, and so on. These directories will only
321         appear if the size of the mapping is not 0.
322 </para>
323 <para>
324         Each <filename>mapX/</filename> directory contains four read-only files
325         that show attributes of the memory:
326 </para>
327 <itemizedlist>
328 <listitem>
329         <para>
330         <filename>name</filename>: A string identifier for this mapping. This
331         is optional, the string can be empty. Drivers can set this to make it
332         easier for userspace to find the correct mapping.
333         </para>
334 </listitem>
335 <listitem>
336         <para>
337         <filename>addr</filename>: The address of memory that can be mapped.
338         </para>
339 </listitem>
340 <listitem>
341         <para>
342         <filename>size</filename>: The size, in bytes, of the memory
343         pointed to by addr.
344         </para>
345 </listitem>
346 <listitem>
347         <para>
348         <filename>offset</filename>: The offset, in bytes, that has to be
349         added to the pointer returned by <function>mmap()</function> to get
350         to the actual device memory. This is important if the device's memory
351         is not page aligned. Remember that pointers returned by
352         <function>mmap()</function> are always page aligned, so it is good
353         style to always add this offset.
354         </para>
355 </listitem>
356 </itemizedlist>
357
358 <para>
359         From userspace, the different mappings are distinguished by adjusting
360         the <varname>offset</varname> parameter of the
361         <function>mmap()</function> call. To map the memory of mapping N, you
362         have to use N times the page size as your offset:
363 </para>
364 <programlisting format="linespecific">
365 offset = N * getpagesize();
366 </programlisting>
367
368 <para>
369         Sometimes there is hardware with memory-like regions that can not be
370         mapped with the technique described here, but there are still ways to
371         access them from userspace. The most common example are x86 ioports.
372         On x86 systems, userspace can access these ioports using
373         <function>ioperm()</function>, <function>iopl()</function>,
374         <function>inb()</function>, <function>outb()</function>, and similar
375         functions.
376 </para>
377 <para>
378         Since these ioport regions can not be mapped, they will not appear under
379         <filename>/sys/class/uio/uioX/maps/</filename> like the normal memory
380         described above. Without information about the port regions a hardware
381         has to offer, it becomes difficult for the userspace part of the
382         driver to find out which ports belong to which UIO device.
383 </para>
384 <para>
385         To address this situation, the new directory
386         <filename>/sys/class/uio/uioX/portio/</filename> was added. It only
387         exists if the driver wants to pass information about one or more port
388         regions to userspace. If that is the case, subdirectories named
389         <filename>port0</filename>, <filename>port1</filename>, and so on,
390         will appear underneath
391         <filename>/sys/class/uio/uioX/portio/</filename>.
392 </para>
393 <para>
394         Each <filename>portX/</filename> directory contains four read-only
395         files that show name, start, size, and type of the port region:
396 </para>
397 <itemizedlist>
398 <listitem>
399         <para>
400         <filename>name</filename>: A string identifier for this port region.
401         The string is optional and can be empty. Drivers can set it to make it
402         easier for userspace to find a certain port region.
403         </para>
404 </listitem>
405 <listitem>
406         <para>
407         <filename>start</filename>: The first port of this region.
408         </para>
409 </listitem>
410 <listitem>
411         <para>
412         <filename>size</filename>: The number of ports in this region.
413         </para>
414 </listitem>
415 <listitem>
416         <para>
417         <filename>porttype</filename>: A string describing the type of port.
418         </para>
419 </listitem>
420 </itemizedlist>
421
422
423 </sect1>
424 </chapter>
425
426 <chapter id="custom_kernel_module" xreflabel="Writing your own kernel module">
427 <?dbhtml filename="custom_kernel_module.html"?>
428 <title>Writing your own kernel module</title>
429         <para>
430         Please have a look at <filename>uio_cif.c</filename> as an
431         example. The following paragraphs explain the different
432         sections of this file.
433         </para>
434
435 <sect1 id="uio_info">
436 <title>struct uio_info</title>
437         <para>
438         This structure tells the framework the details of your driver,
439         Some of the members are required, others are optional.
440         </para>
441
442 <itemizedlist>
443 <listitem><para>
444 <varname>const char *name</varname>: Required. The name of your driver as
445 it will appear in sysfs. I recommend using the name of your module for this.
446 </para></listitem>
447
448 <listitem><para>
449 <varname>const char *version</varname>: Required. This string appears in
450 <filename>/sys/class/uio/uioX/version</filename>.
451 </para></listitem>
452
453 <listitem><para>
454 <varname>struct uio_mem mem[ MAX_UIO_MAPS ]</varname>: Required if you
455 have memory that can be mapped with <function>mmap()</function>. For each
456 mapping you need to fill one of the <varname>uio_mem</varname> structures.
457 See the description below for details.
458 </para></listitem>
459
460 <listitem><para>
461 <varname>struct uio_port port[ MAX_UIO_PORTS_REGIONS ]</varname>: Required
462 if you want to pass information about ioports to userspace. For each port
463 region you need to fill one of the <varname>uio_port</varname> structures.
464 See the description below for details.
465 </para></listitem>
466
467 <listitem><para>
468 <varname>long irq</varname>: Required. If your hardware generates an
469 interrupt, it's your modules task to determine the irq number during
470 initialization. If you don't have a hardware generated interrupt but
471 want to trigger the interrupt handler in some other way, set
472 <varname>irq</varname> to <varname>UIO_IRQ_CUSTOM</varname>.
473 If you had no interrupt at all, you could set
474 <varname>irq</varname> to <varname>UIO_IRQ_NONE</varname>, though this
475 rarely makes sense.
476 </para></listitem>
477
478 <listitem><para>
479 <varname>unsigned long irq_flags</varname>: Required if you've set
480 <varname>irq</varname> to a hardware interrupt number. The flags given
481 here will be used in the call to <function>request_irq()</function>.
482 </para></listitem>
483
484 <listitem><para>
485 <varname>int (*mmap)(struct uio_info *info, struct vm_area_struct
486 *vma)</varname>: Optional. If you need a special
487 <function>mmap()</function> function, you can set it here. If this
488 pointer is not NULL, your <function>mmap()</function> will be called
489 instead of the built-in one.
490 </para></listitem>
491
492 <listitem><para>
493 <varname>int (*open)(struct uio_info *info, struct inode *inode)
494 </varname>: Optional. You might want to have your own
495 <function>open()</function>, e.g. to enable interrupts only when your
496 device is actually used.
497 </para></listitem>
498
499 <listitem><para>
500 <varname>int (*release)(struct uio_info *info, struct inode *inode)
501 </varname>: Optional. If you define your own
502 <function>open()</function>, you will probably also want a custom
503 <function>release()</function> function.
504 </para></listitem>
505
506 <listitem><para>
507 <varname>int (*irqcontrol)(struct uio_info *info, s32 irq_on)
508 </varname>: Optional. If you need to be able to enable or disable
509 interrupts from userspace by writing to <filename>/dev/uioX</filename>,
510 you can implement this function. The parameter <varname>irq_on</varname>
511 will be 0 to disable interrupts and 1 to enable them.
512 </para></listitem>
513 </itemizedlist>
514
515 <para>
516 Usually, your device will have one or more memory regions that can be mapped
517 to user space. For each region, you have to set up a
518 <varname>struct uio_mem</varname> in the <varname>mem[]</varname> array.
519 Here's a description of the fields of <varname>struct uio_mem</varname>:
520 </para>
521
522 <itemizedlist>
523 <listitem><para>
524 <varname>const char *name</varname>: Optional. Set this to help identify
525 the memory region, it will show up in the corresponding sysfs node.
526 </para></listitem>
527
528 <listitem><para>
529 <varname>int memtype</varname>: Required if the mapping is used. Set this to
530 <varname>UIO_MEM_PHYS</varname> if you you have physical memory on your
531 card to be mapped. Use <varname>UIO_MEM_LOGICAL</varname> for logical
532 memory (e.g. allocated with <function>kmalloc()</function>). There's also
533 <varname>UIO_MEM_VIRTUAL</varname> for virtual memory.
534 </para></listitem>
535
536 <listitem><para>
537 <varname>phys_addr_t addr</varname>: Required if the mapping is used.
538 Fill in the address of your memory block. This address is the one that
539 appears in sysfs.
540 </para></listitem>
541
542 <listitem><para>
543 <varname>unsigned long size</varname>: Fill in the size of the
544 memory block that <varname>addr</varname> points to. If <varname>size</varname>
545 is zero, the mapping is considered unused. Note that you
546 <emphasis>must</emphasis> initialize <varname>size</varname> with zero for
547 all unused mappings.
548 </para></listitem>
549
550 <listitem><para>
551 <varname>void *internal_addr</varname>: If you have to access this memory
552 region from within your kernel module, you will want to map it internally by
553 using something like <function>ioremap()</function>. Addresses
554 returned by this function cannot be mapped to user space, so you must not
555 store it in <varname>addr</varname>. Use <varname>internal_addr</varname>
556 instead to remember such an address.
557 </para></listitem>
558 </itemizedlist>
559
560 <para>
561 Please do not touch the <varname>map</varname> element of
562 <varname>struct uio_mem</varname>! It is used by the UIO framework
563 to set up sysfs files for this mapping. Simply leave it alone.
564 </para>
565
566 <para>
567 Sometimes, your device can have one or more port regions which can not be
568 mapped to userspace. But if there are other possibilities for userspace to
569 access these ports, it makes sense to make information about the ports
570 available in sysfs. For each region, you have to set up a
571 <varname>struct uio_port</varname> in the <varname>port[]</varname> array.
572 Here's a description of the fields of <varname>struct uio_port</varname>:
573 </para>
574
575 <itemizedlist>
576 <listitem><para>
577 <varname>char *porttype</varname>: Required. Set this to one of the predefined
578 constants. Use <varname>UIO_PORT_X86</varname> for the ioports found in x86
579 architectures.
580 </para></listitem>
581
582 <listitem><para>
583 <varname>unsigned long start</varname>: Required if the port region is used.
584 Fill in the number of the first port of this region.
585 </para></listitem>
586
587 <listitem><para>
588 <varname>unsigned long size</varname>: Fill in the number of ports in this
589 region. If <varname>size</varname> is zero, the region is considered unused.
590 Note that you <emphasis>must</emphasis> initialize <varname>size</varname>
591 with zero for all unused regions.
592 </para></listitem>
593 </itemizedlist>
594
595 <para>
596 Please do not touch the <varname>portio</varname> element of
597 <varname>struct uio_port</varname>! It is used internally by the UIO
598 framework to set up sysfs files for this region. Simply leave it alone.
599 </para>
600
601 </sect1>
602
603 <sect1 id="adding_irq_handler">
604 <title>Adding an interrupt handler</title>
605         <para>
606         What you need to do in your interrupt handler depends on your
607         hardware and on how you want to handle it. You should try to
608         keep the amount of code in your kernel interrupt handler low.
609         If your hardware requires no action that you
610         <emphasis>have</emphasis> to perform after each interrupt,
611         then your handler can be empty.</para> <para>If, on the other
612         hand, your hardware <emphasis>needs</emphasis> some action to
613         be performed after each interrupt, then you
614         <emphasis>must</emphasis> do it in your kernel module. Note
615         that you cannot rely on the userspace part of your driver. Your
616         userspace program can terminate at any time, possibly leaving
617         your hardware in a state where proper interrupt handling is
618         still required.
619         </para>
620
621         <para>
622         There might also be applications where you want to read data
623         from your hardware at each interrupt and buffer it in a piece
624         of kernel memory you've allocated for that purpose.  With this
625         technique you could avoid loss of data if your userspace
626         program misses an interrupt.
627         </para>
628
629         <para>
630         A note on shared interrupts: Your driver should support
631         interrupt sharing whenever this is possible. It is possible if
632         and only if your driver can detect whether your hardware has
633         triggered the interrupt or not. This is usually done by looking
634         at an interrupt status register. If your driver sees that the
635         IRQ bit is actually set, it will perform its actions, and the
636         handler returns IRQ_HANDLED. If the driver detects that it was
637         not your hardware that caused the interrupt, it will do nothing
638         and return IRQ_NONE, allowing the kernel to call the next
639         possible interrupt handler.
640         </para>
641
642         <para>
643         If you decide not to support shared interrupts, your card
644         won't work in computers with no free interrupts. As this
645         frequently happens on the PC platform, you can save yourself a
646         lot of trouble by supporting interrupt sharing.
647         </para>
648 </sect1>
649
650 <sect1 id="using_uio_pdrv">
651 <title>Using uio_pdrv for platform devices</title>
652         <para>
653         In many cases, UIO drivers for platform devices can be handled in a
654         generic way. In the same place where you define your
655         <varname>struct platform_device</varname>, you simply also implement
656         your interrupt handler and fill your
657         <varname>struct uio_info</varname>. A pointer to this
658         <varname>struct uio_info</varname> is then used as
659         <varname>platform_data</varname> for your platform device.
660         </para>
661         <para>
662         You also need to set up an array of <varname>struct resource</varname>
663         containing addresses and sizes of your memory mappings. This
664         information is passed to the driver using the
665         <varname>.resource</varname> and <varname>.num_resources</varname>
666         elements of <varname>struct platform_device</varname>.
667         </para>
668         <para>
669         You now have to set the <varname>.name</varname> element of
670         <varname>struct platform_device</varname> to
671         <varname>"uio_pdrv"</varname> to use the generic UIO platform device
672         driver. This driver will fill the <varname>mem[]</varname> array
673         according to the resources given, and register the device.
674         </para>
675         <para>
676         The advantage of this approach is that you only have to edit a file
677         you need to edit anyway. You do not have to create an extra driver.
678         </para>
679 </sect1>
680
681 <sect1 id="using_uio_pdrv_genirq">
682 <title>Using uio_pdrv_genirq for platform devices</title>
683         <para>
684         Especially in embedded devices, you frequently find chips where the
685         irq pin is tied to its own dedicated interrupt line. In such cases,
686         where you can be really sure the interrupt is not shared, we can take
687         the concept of <varname>uio_pdrv</varname> one step further and use a
688         generic interrupt handler. That's what
689         <varname>uio_pdrv_genirq</varname> does.
690         </para>
691         <para>
692         The setup for this driver is the same as described above for
693         <varname>uio_pdrv</varname>, except that you do not implement an
694         interrupt handler. The <varname>.handler</varname> element of
695         <varname>struct uio_info</varname> must remain
696         <varname>NULL</varname>. The  <varname>.irq_flags</varname> element
697         must not contain <varname>IRQF_SHARED</varname>.
698         </para>
699         <para>
700         You will set the <varname>.name</varname> element of
701         <varname>struct platform_device</varname> to
702         <varname>"uio_pdrv_genirq"</varname> to use this driver.
703         </para>
704         <para>
705         The generic interrupt handler of <varname>uio_pdrv_genirq</varname>
706         will simply disable the interrupt line using
707         <function>disable_irq_nosync()</function>. After doing its work,
708         userspace can reenable the interrupt by writing 0x00000001 to the UIO
709         device file. The driver already implements an
710         <function>irq_control()</function> to make this possible, you must not
711         implement your own.
712         </para>
713         <para>
714         Using <varname>uio_pdrv_genirq</varname> not only saves a few lines of
715         interrupt handler code. You also do not need to know anything about
716         the chip's internal registers to create the kernel part of the driver.
717         All you need to know is the irq number of the pin the chip is
718         connected to.
719         </para>
720 </sect1>
721
722 </chapter>
723
724 <chapter id="userspace_driver" xreflabel="Writing a driver in user space">
725 <?dbhtml filename="userspace_driver.html"?>
726 <title>Writing a driver in userspace</title>
727         <para>
728         Once you have a working kernel module for your hardware, you can
729         write the userspace part of your driver. You don't need any special
730         libraries, your driver can be written in any reasonable language,
731         you can use floating point numbers and so on. In short, you can
732         use all the tools and libraries you'd normally use for writing a
733         userspace application.
734         </para>
735
736 <sect1 id="getting_uio_information">
737 <title>Getting information about your UIO device</title>
738         <para>
739         Information about all UIO devices is available in sysfs. The
740         first thing you should do in your driver is check
741         <varname>name</varname> and <varname>version</varname> to
742         make sure your talking to the right device and that its kernel
743         driver has the version you expect.
744         </para>
745         <para>
746         You should also make sure that the memory mapping you need
747         exists and has the size you expect.
748         </para>
749         <para>
750         There is a tool called <varname>lsuio</varname> that lists
751         UIO devices and their attributes. It is available here:
752         </para>
753         <para>
754         <ulink url="http://www.osadl.org/projects/downloads/UIO/user/">
755                 http://www.osadl.org/projects/downloads/UIO/user/</ulink>
756         </para>
757         <para>
758         With <varname>lsuio</varname> you can quickly check if your
759         kernel module is loaded and which attributes it exports.
760         Have a look at the manpage for details.
761         </para>
762         <para>
763         The source code of <varname>lsuio</varname> can serve as an
764         example for getting information about an UIO device.
765         The file <filename>uio_helper.c</filename> contains a lot of
766         functions you could use in your userspace driver code.
767         </para>
768 </sect1>
769
770 <sect1 id="mmap_device_memory">
771 <title>mmap() device memory</title>
772         <para>
773         After you made sure you've got the right device with the
774         memory mappings you need, all you have to do is to call
775         <function>mmap()</function> to map the device's memory
776         to userspace.
777         </para>
778         <para>
779         The parameter <varname>offset</varname> of the
780         <function>mmap()</function> call has a special meaning
781         for UIO devices: It is used to select which mapping of
782         your device you want to map. To map the memory of
783         mapping N, you have to use N times the page size as
784         your offset:
785         </para>
786 <programlisting format="linespecific">
787         offset = N * getpagesize();
788 </programlisting>
789         <para>
790         N starts from zero, so if you've got only one memory
791         range to map, set <varname>offset = 0</varname>.
792         A drawback of this technique is that memory is always
793         mapped beginning with its start address.
794         </para>
795 </sect1>
796
797 <sect1 id="wait_for_interrupts">
798 <title>Waiting for interrupts</title>
799         <para>
800         After you successfully mapped your devices memory, you
801         can access it like an ordinary array. Usually, you will
802         perform some initialization. After that, your hardware
803         starts working and will generate an interrupt as soon
804         as it's finished, has some data available, or needs your
805         attention because an error occurred.
806         </para>
807         <para>
808         <filename>/dev/uioX</filename> is a read-only file. A
809         <function>read()</function> will always block until an
810         interrupt occurs. There is only one legal value for the
811         <varname>count</varname> parameter of
812         <function>read()</function>, and that is the size of a
813         signed 32 bit integer (4). Any other value for
814         <varname>count</varname> causes <function>read()</function>
815         to fail. The signed 32 bit integer read is the interrupt
816         count of your device. If the value is one more than the value
817         you read the last time, everything is OK. If the difference
818         is greater than one, you missed interrupts.
819         </para>
820         <para>
821         You can also use <function>select()</function> on
822         <filename>/dev/uioX</filename>.
823         </para>
824 </sect1>
825
826 </chapter>
827
828 <chapter id="uio_pci_generic" xreflabel="Using Generic driver for PCI cards">
829 <?dbhtml filename="uio_pci_generic.html"?>
830 <title>Generic PCI UIO driver</title>
831         <para>
832         The generic driver is a kernel module named uio_pci_generic.
833         It can work with any device compliant to PCI 2.3 (circa 2002) and
834         any compliant PCI Express device. Using this, you only need to
835         write the userspace driver, removing the need to write
836         a hardware-specific kernel module.
837         </para>
838
839 <sect1 id="uio_pci_generic_binding">
840 <title>Making the driver recognize the device</title>
841         <para>
842 Since the driver does not declare any device ids, it will not get loaded
843 automatically and will not automatically bind to any devices, you must load it
844 and allocate id to the driver yourself. For example:
845         <programlisting>
846  modprobe uio_pci_generic
847  echo &quot;8086 10f5&quot; &gt; /sys/bus/pci/drivers/uio_pci_generic/new_id
848         </programlisting>
849         </para>
850         <para>
851 If there already is a hardware specific kernel driver for your device, the
852 generic driver still won't bind to it, in this case if you want to use the
853 generic driver (why would you?) you'll have to manually unbind the hardware
854 specific driver and bind the generic driver, like this:
855         <programlisting>
856     echo -n 0000:00:19.0 &gt; /sys/bus/pci/drivers/e1000e/unbind
857     echo -n 0000:00:19.0 &gt; /sys/bus/pci/drivers/uio_pci_generic/bind
858         </programlisting>
859         </para>
860         <para>
861 You can verify that the device has been bound to the driver
862 by looking for it in sysfs, for example like the following:
863         <programlisting>
864     ls -l /sys/bus/pci/devices/0000:00:19.0/driver
865         </programlisting>
866 Which if successful should print
867         <programlisting>
868   .../0000:00:19.0/driver -&gt; ../../../bus/pci/drivers/uio_pci_generic
869         </programlisting>
870 Note that the generic driver will not bind to old PCI 2.2 devices.
871 If binding the device failed, run the following command:
872         <programlisting>
873   dmesg
874         </programlisting>
875 and look in the output for failure reasons
876         </para>
877 </sect1>
878
879 <sect1 id="uio_pci_generic_internals">
880 <title>Things to know about uio_pci_generic</title>
881         <para>
882 Interrupts are handled using the Interrupt Disable bit in the PCI command
883 register and Interrupt Status bit in the PCI status register.  All devices
884 compliant to PCI 2.3 (circa 2002) and all compliant PCI Express devices should
885 support these bits.  uio_pci_generic detects this support, and won't bind to
886 devices which do not support the Interrupt Disable Bit in the command register.
887         </para>
888         <para>
889 On each interrupt, uio_pci_generic sets the Interrupt Disable bit.
890 This prevents the device from generating further interrupts
891 until the bit is cleared. The userspace driver should clear this
892 bit before blocking and waiting for more interrupts.
893         </para>
894 </sect1>
895 <sect1 id="uio_pci_generic_userspace">
896 <title>Writing userspace driver using uio_pci_generic</title>
897         <para>
898 Userspace driver can use pci sysfs interface, or the
899 libpci libray that wraps it, to talk to the device and to
900 re-enable interrupts by writing to the command register.
901         </para>
902 </sect1>
903 <sect1 id="uio_pci_generic_example">
904 <title>Example code using uio_pci_generic</title>
905         <para>
906 Here is some sample userspace driver code using uio_pci_generic:
907 <programlisting>
908 #include &lt;stdlib.h&gt;
909 #include &lt;stdio.h&gt;
910 #include &lt;unistd.h&gt;
911 #include &lt;sys/types.h&gt;
912 #include &lt;sys/stat.h&gt;
913 #include &lt;fcntl.h&gt;
914 #include &lt;errno.h&gt;
915
916 int main()
917 {
918         int uiofd;
919         int configfd;
920         int err;
921         int i;
922         unsigned icount;
923         unsigned char command_high;
924
925         uiofd = open(&quot;/dev/uio0&quot;, O_RDONLY);
926         if (uiofd &lt; 0) {
927                 perror(&quot;uio open:&quot;);
928                 return errno;
929         }
930         configfd = open(&quot;/sys/class/uio/uio0/device/config&quot;, O_RDWR);
931         if (uiofd &lt; 0) {
932                 perror(&quot;config open:&quot;);
933                 return errno;
934         }
935
936         /* Read and cache command value */
937         err = pread(configfd, &amp;command_high, 1, 5);
938         if (err != 1) {
939                 perror(&quot;command config read:&quot;);
940                 return errno;
941         }
942         command_high &amp;= ~0x4;
943
944         for(i = 0;; ++i) {
945                 /* Print out a message, for debugging. */
946                 if (i == 0)
947                         fprintf(stderr, &quot;Started uio test driver.\n&quot;);
948                 else
949                         fprintf(stderr, &quot;Interrupts: %d\n&quot;, icount);
950
951                 /****************************************/
952                 /* Here we got an interrupt from the
953                    device. Do something to it. */
954                 /****************************************/
955
956                 /* Re-enable interrupts. */
957                 err = pwrite(configfd, &amp;command_high, 1, 5);
958                 if (err != 1) {
959                         perror(&quot;config write:&quot;);
960                         break;
961                 }
962
963                 /* Wait for next interrupt. */
964                 err = read(uiofd, &amp;icount, 4);
965                 if (err != 4) {
966                         perror(&quot;uio read:&quot;);
967                         break;
968                 }
969
970         }
971         return errno;
972 }
973
974 </programlisting>
975         </para>
976 </sect1>
977
978 </chapter>
979
980 <appendix id="app1">
981 <title>Further information</title>
982 <itemizedlist>
983         <listitem><para>
984                         <ulink url="http://www.osadl.org">
985                                 OSADL homepage.</ulink>
986                 </para></listitem>
987         <listitem><para>
988                 <ulink url="http://www.linutronix.de">
989                  Linutronix homepage.</ulink>
990                 </para></listitem>
991 </itemizedlist>
992 </appendix>
993
994 </book>