9924167e59f7073867be5f9a031775ccc7a92eab
[elmcan.git] / readme.rst
1 Linux SocketCAN driver for ELM327
2 ==================================
3
4 Authors
5 --------
6
7 Max Staudt <max-linux@enpas.org>
8
9
10
11 Motivation
12 -----------
13
14 This driver aims to lower the initial cost for hackers interested in
15 working with CAN buses.
16
17 CAN adapters are expensive, few, and far between.
18 ELM327 interfaces are cheap and plentiful.
19 Let's use ELM327s as CAN adapters.
20
21
22
23 Introduction
24 -------------
25
26 This driver is an effort to turn abundant ELM327 based OBD interfaces
27 into full-fledged (as far as possible) CAN interfaces.
28
29 Since the ELM327 was never meant to be a stand-alone CAN controller,
30 the driver has to switch between its modes as quickly as possible in
31 order to fake full-duplex operation.
32
33 As such, elmcan is a best-effort driver. However, this is more than
34 enough to implement simple request-response protocols (such as OBD II),
35 and to monitor broadcast messages on a bus (such as in a vehicle).
36
37 Most ELM327s come as nondescript serial devices, attached via USB or
38 Bluetooth. The driver cannot recognize them by itself, and as such it
39 is up to the user to attach it in form of a TTY line discipline
40 (similar to PPP, SLIP, slcan, ...).
41
42 This driver is meant for ELM327 versions 1.4b and up, see below for
43 known limitations in older controllers and clones.
44
45
46
47 Requirements
48 -------------
49
50 This requires Linux 4.11 (for 431af779256c), and has been tested on 4.19.
51
52 Also, elmcan depends on ``can-dev``:
53
54     sudo modprobe can-dev
55
56
57
58 Data sheet
59 -----------
60
61 The official data sheets can be found at ELM electronics' home page:
62
63   https://www.elmelectronics.com/
64
65
66
67 How to check the controller version
68 ------------------------------------
69
70 Use a terminal program to attach to the controller.
71 The default settings are 38400 baud/s, 8 data bits, no parity, 1 stopbit.
72
73 After issuing the "``AT WS``" command, the controller will respond with
74 its version::
75
76     >AT WS
77
78
79     ELM327 v1.4b
80
81     >
82
83 Note that clones may claim to be any version they like.
84 It is not indicative of their actual feature set.
85
86
87
88 How to attach the line discipline
89 ----------------------------------
90
91 Every ELM327 chip is factory programmed to operate at a serial setting
92 of 38400 baud/s, 8 data bits, no parity, 1 stopbit.
93
94 The line discipline can be attached on a command prompt as follows::
95
96     sudo ldattach \
97            --debug \
98            --speed 38400 \
99            --eightbits \
100            --noparity \
101            --onestopbit \
102            --iflag -ICRNL,INLCR,-IXOFF \
103            29 \
104            /dev/ttyUSB0
105
106 To change the ELM327's serial settings, please refer to its data
107 sheet. This needs to be done before attaching the line discipline.
108
109
110
111 Module parameters
112 ------------------
113
114 - ``accept_flaky_uart`` - Try to live with a bad controller or UART line
115
116         Some adapters and/or their connection are unreliable. Enable this
117         option to try and work around the situation. This is a best-effort
118         workaround, so undefined behavior will likely occur sooner or later.
119         Without this option, the driver will bail on the first unrecognized
120         character it receives from the TTY.
121
122         LOAD TIME::
123
124                 module/kernel parameter: accept_flaky_uart=[0|1]
125
126
127
128 Known limitations of the controller
129 ------------------------------------
130
131 - Clone devices ("v1.5" and others)
132
133   Sending RTR frames is not supported and will be dropped silently.
134
135   Receiving RTR with DLC 8 will appear to be a regular frame with
136   the last received frame's DLC and payload.
137
138   "``AT CSM``" not supported, thus no ACK-ing frames while listening:
139   "``AT MA``" will always be silent. However, immediately after
140   sending a frame, the ELM327 will be in "receive reply" mode, in
141   which it *does* ACK any received frames. Once the bus goes silent
142   or an error occurs (such as BUFFER FULL), the ELM327 will end reply
143   reception mode on its own and elmcan will fall back to "``AT MA``"
144   in order to keep monitoring the bus.
145
146
147 - All versions
148
149   No full duplex operation is supported. The driver will switch
150   between input/output mode as quickly as possible.
151
152   The length of outgoing RTR frames cannot be set. In fact, some
153   clones (tested with one identifying as "``v1.5``") are unable to
154   send RTR frames at all.
155
156   We don't have a way to get real-time notifications on CAN errors.
157   While there is a command (``AT CS``) to retrieve some basic stats,
158   we don't poll it as it would force us to interrupt reception mode.
159
160
161 - Versions prior to 1.4b
162
163   These versions do not send CAN ACKs when in monitoring mode (AT MA).
164   However, they do send ACKs while waiting for a reply immediately
165   after sending a frame. The driver maximizes this time to make the
166   controller as useful as possible.
167
168   Starting with version 1.4b, the ELM327 supports the "``AT CSM``"
169   command, and the "listen-only" CAN option will take effect.
170
171
172 - Versions prior to 1.4
173
174   These chips do not support the "``AT PB``" command, and thus cannot
175   change bitrate or SFF/EFF mode on-the-fly. This will have to be
176   programmed by the user before attaching the line discipline. See the
177   data sheet for details.
178
179
180 - Versions prior to 1.3
181
182   These chips cannot be used at all with elmcan. They do not support
183   the "``AT D1``", which is necessary to avoid parsing conflicts on
184   incoming data, as well as distinction of RTR frame lengths.
185
186   Specifically, this allows for easy distinction of SFF and EFF
187   frames, and to check whether frames are complete. While it is possible
188   to deduce the type and length from the length of the line the ELM327
189   sends us, this method fails when the ELM327's UART output buffer
190   overruns. It may abort sending in the middle of the line, which will
191   then be mistaken for something else.
192
193
194
195 Known limitations of the driver
196 --------------------------------
197
198 - No 8/7 timing.
199
200   ELM327 can only set CAN bitrates that are of the form 500000/n, where
201   n is an integer divisor.
202   However there is an exception: With a separate flag, it may set the
203   speed to be 8/7 of the speed indicated by the divisor.
204   This mode is not currently implemented.
205
206 - No evaluation of command responses.
207
208   The ELM327 will reply with OK when a command is understood, and with ?
209   when it is not. The driver does not currently check this, and simply
210   assumes that the chip understands every command.
211   The driver is built such that functionality degrades gracefully
212   nevertheless. See the section on known limitations of the controller.
213
214 - No use of hardware CAN ID filtering
215
216   An ELM327's UART sending buffer will easily overflow on heavy CAN bus
217   load, resulting in the "``BUFFER FULL``" message. Using the hardware
218   filters available through "``AT CF xxx``" and "``AT CM xxx``" would be
219   helpful here, however SocketCAN does not currently provide a facility
220   to make use of such hardware features.
221
222
223
224 Communication example
225 ----------------------
226
227 This is a short and incomplete introduction on how to talk to an ELM327.
228
229
230 The ELM327 has two modes:
231
232 - Command mode
233 - Reception mode
234
235 In command mode, it expects one command per line, terminated by CR.
236 By default, the prompt is a "``>``", after which a command can be
237 entered::
238
239     >ATE1
240     OK
241     >
242
243 The init script in the driver switches off several configuration options
244 that are only meaningful in the original OBD scenario the chip is meant
245 for, and are actually a hindrance for elmcan.
246
247
248 When a command is not recognized, such as by an older version of the
249 ELM327, a question mark is printed as a response instead of OK::
250
251     >ATUNKNOWN
252     ?
253     >
254
255 At present, elmcan does not evaluate this response and silently assumes
256 that all commands are recognized. It is structured such that it will
257 degrade gracefully when a command is unknown. See the sections above on
258 known limitations for details.
259
260
261 When a CAN frame is to be sent, the target address is configured, after
262 which the frame is sent as a command that consists of the data's hex
263 dump::
264
265     >ATSH123
266     OK
267     >DEADBEEF12345678
268     OK
269     >
270
271 The above interaction sends the frame "``DE AD BE EF 12 34 56 78``" with
272 the 11 bit CAN ID ``0x123``.
273 For this to function, the controller must be configured for 11 bit CAN
274 ID sending mode (using "``AT PB``", see code or datasheet).
275
276
277 Once a frame has been sent and wait-for-reply mode is on (``ATR1``,
278 configured on ``listen-only=off``), or when the reply timeout expires and
279 the driver sets the controller into monitoring mode (``ATMA``), the ELM327
280 will send one line for each received CAN frame, consisting of CAN ID,
281 DLC, and data::
282
283     123 8 DEADBEEF12345678
284
285 For 29 bit CAN frames, the address format is slightly different, which
286 elmcan uses to tell the two apart::
287
288     12 34 56 78 8 DEADBEEF12345678
289
290 The ELM327 will receive both 11 and 29 bit frames - the current CAN
291 config (``ATPB``) does not matter.
292
293
294 If the ELM327's internal UART sending buffer runs full, it will abort
295 the monitoring mode, print "BUFFER FULL" and drop back into command
296 mode. Note that in this case, unlike with other error messages, the
297 error message may appear on the same line as the last (usually
298 incomplete) data frame::
299
300     12 34 56 78 8 DEADBEEF123 BUFFER FULL
301
302
303
304 Rationale behind the chosen configuration
305 ------------------------------------------
306
307 ``AT E1``
308   Echo on
309
310   We need this to be able to get a prompt reliably.
311
312 ``AT S1``
313   Spaces on
314
315   We need this to distinguish 11/29 bit CAN addresses received.
316
317   Note:
318   We can usually do this using the line length (odd/even),
319   but this fails if the line is not transmitted fully to
320   the host (BUFFER FULL).
321
322 ``AT D1``
323   DLC on
324
325   We need this to tell the "length" of RTR frames.
326
327
328
329 A note on CAN bus termination
330 ------------------------------
331
332 Your adapter may have resistors soldered in which are meant to terminate
333 the bus. This is correct when it is plugged into a OBD-II socket, but
334 not helpful when trying to tap into the middle of an existing CAN bus.
335
336 If communications don't work with the adapter connected, check for the
337 termination resistors on its PCB and try removing them.
338
339
340
341 To Do list for future development
342 ----------------------------------
343
344 - DMA capable rx/tx buffers
345   (is this relevant for this driver?)
346
347 - flushing of ``tx_work`` is too late in ``ldisc_close()``
348   (is this still the case?)