a35c26094f059a89c9dec92a78497f4eebcfd40f
[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 CAN adapters are expensive, few, and far between.
15 ELM327 interfaces are cheap and plentiful.
16
17 This driver aims to lower the initial cost for hackers interested in
18 working with CAN buses.
19
20
21
22 Introduction
23 -------------
24
25 This driver is an effort to turn abundant ELM327 based OBD interfaces
26 into full-fledged (as far as possible) CAN interfaces.
27
28 Since the ELM327 was never meant to be a stand-alone CAN controller,
29 the driver has to switch between its modes as quickly as possible in
30 order to approximate full-duplex operation.
31
32 As such, elmcan is a best-effort driver. However, this is more than
33 enough to implement simple request-response protocols (such as OBD II),
34 and to monitor broadcast messages on a bus (such as in a vehicle).
35
36 Most ELM327s come as nondescript serial devices, attached via USB or
37 Bluetooth. The driver cannot recognize them by itself, and as such it
38 is up to the user to attach it in form of a TTY line discipline
39 (similar to PPP, SLIP, slcan, ...).
40
41 This driver is meant for ELM327 versions 1.4b and up, see below for
42 known limitations in older controllers and clones.
43
44
45
46 Requirements
47 -------------
48
49 This requires Linux 4.11 (for 431af779256c), and has been tested on 4.19.
50
51 Also, elmcan depends on ``can-dev``:
52
53     sudo modprobe can-dev
54
55
56
57 Data sheet
58 -----------
59
60 The official data sheets can be found at ELM electronics' home page:
61
62   https://www.elmelectronics.com/
63
64
65
66 How to check the controller version
67 ------------------------------------
68
69 Use a terminal program to attach to the controller.
70
71 After issuing the "``AT WS``" command, the controller will respond with
72 its version::
73
74     >AT WS
75
76
77     ELM327 v1.4b
78
79     >
80
81
82
83 How to attach the line discipline
84 ----------------------------------
85
86 Every ELM327 chip is factory programmed to operate at a serial setting
87 of 38400 baud/s, 8 data bits, no parity, 1 stopbit.
88
89 The line discipline can be attached on a command prompt as follows::
90
91     sudo ldattach \
92            --debug \
93            --speed 38400 \
94            --eightbits \
95            --noparity \
96            --onestopbit \
97            --iflag -ICRNL,INLCR,-IXOFF \
98            29 \
99            /dev/ttyUSB0
100
101 To change the ELM327's serial settings, please refer to its data
102 sheet. This needs to be done before attaching the line discipline.
103
104
105
106 Module parameters
107 ------------------
108
109 - ``accept_flaky_uart`` - Try to live with a bad controller or UART line
110
111         Some adapters and/or their connection are unreliable. Enable this
112         option to try and work around the situation. This is a best-effort
113         workaround, so undefined behavior will likely occur sooner or later.
114
115         LOAD TIME::
116
117                 module/kernel parameter: accept_flaky_uart=[0|1]
118
119
120
121 Known limitations of the controller
122 ------------------------------------
123
124 - Clone "v1.5" devices
125
126   Sending RTR frames is not supported and will be dropped silently.
127
128   Receiving RTR with DLC 8 will appear to be a regular frame with
129   the last received frame's DLC and payload.
130
131   "``AT CSM``" not supported, thus no ACK-ing frames while listening:
132   "``AT MA``" will always be silent. However, immediately after
133   sending a frame, the ELM327 will be in "receive reply" mode, in
134   which it *does* ACK any received frames. Once the bus goes silent
135   or an error occurs (such as BUFFER FULL), the ELM327 will end reply
136   reception mode on its own and elmcan will fall back to "``AT MA``"
137   in order to keep monitoring the bus.
138
139
140 - All versions
141
142   No automatic full duplex operation is supported. The driver will
143   switch between input/output mode as quickly as possible.
144
145   The length of outgoing RTR frames cannot be set. In fact, some
146   clones (tested with one identifying as "``v1.5``") are unable to
147   send RTR frames at all.
148
149   We don't have a way to get real-time notifications on CAN errors.
150   While there is a command (``AT CS``) to retrieve some basic stats,
151   we don't poll it as it would force us to interrupt reception mode.
152
153
154 - Versions prior to 1.4b
155
156   These versions do not send CAN ACKs when in monitoring mode (AT MA).
157   However, they do send ACKs while waiting for a reply immediately
158   after sending a frame. The driver maximizes this time to make the
159   controller as useful as possible.
160
161   Starting with version 1.4b, the ELM327 supports the "``AT CSM``"
162   command, and the "listen-only" CAN option will take effect.
163
164
165 - Versions prior to 1.4
166
167   These chips do not support the "``AT PB``" command, and thus cannot
168   change bitrate or SFF/EFF mode on-the-fly. This will have to be
169   programmed by the user before attaching the line discipline. See the
170   data sheet for details.
171
172
173 - Versions prior to 1.3
174
175   These chips cannot be used at all with elmcan. They do not support
176   the "``AT D1``", which is necessary to avoid parsing conflicts on
177   incoming data, as well as distinction of RTR frame lengths.
178
179   Specifically, this allows for easy distinction of SFF and EFF
180   frames, and to check whether frames are complete. While it is possible
181   to deduce the type and length from the length of the line the ELM327
182   sends us, this method fails when the ELM327's UART output buffer
183   overruns. It may abort sending in the middle of the line, which will
184   then be mistaken for something else.
185
186
187
188 Known limitations of the driver
189 --------------------------------
190
191 - No 8/7 timing.
192
193   ELM327 can only set CAN bitrates that are of the form 500000/n, where
194   n is an integer divisor.
195   However there is an exception: With a separate flag, it may set the
196   speed to be 8/7 of the speed indicated by the divisor.
197   This mode is not currently implemented.
198
199 - No evaluation of command responses.
200
201   The ELM327 will reply with OK when a command is understood, and with ?
202   when it is not. The driver does not currently check this, and simply
203   assumes that the chip understands every command.
204   The driver is built such that functionality degrades gracefully
205   nevertheless. See the section on known limitations of the controller.
206
207 - No use of hardware CAN ID filtering
208
209   An ELM327's UART sending buffer will easily overflow on heavy CAN bus
210   load, resulting in the "``BUFFER FULL``" message. Using the hardware
211   filters available through "``AT CF xxx``" and "``AT CM xxx``" would be
212   helpful here, however SocketCAN does not currently provide a facility
213   to make use of such hardware features.
214
215
216
217 Communication example
218 ----------------------
219
220 This is a short and incomplete introduction on how to talk to an ELM327.
221
222
223 The ELM327 has two modes:
224
225 - Command mode
226 - Reception mode
227
228 In command mode, it expects one command per line, terminated by CR.
229 By default, the prompt is a "``>``", after which a command can be
230 entered::
231
232     >ATE1
233     OK
234     >
235
236 The init script in the driver switches off several configuration options
237 that are only meaningful in the original OBD scenario the chip is meant
238 for, and are actually a hindrance for elmcan.
239
240
241 When a command is not recognized, such as by an older version of the
242 ELM327, a question mark is printed as a response instead of OK::
243
244     >ATUNKNOWN
245     ?
246     >
247
248 At present, elmcan does not evaluate this response and silently assumes
249 that all commands are recognized. It is structured such that it will
250 degrade gracefully when a command is unknown. See the sections above on
251 known limitations for details.
252
253
254 When a CAN frame is to be sent, the target address is configured, after
255 which the frame is sent as a command that consists of the data's hex
256 dump::
257
258     >ATSH123
259     OK
260     >DEADBEEF12345678
261     OK
262     >
263
264 The above interaction sends the frame "``DE AD BE EF 12 34 56 78``" with
265 the 11 bit CAN ID ``0x123``.
266 For this to function, the controller must be configured for 11 bit CAN
267 ID sending mode (using "``AT PB``", see code or datasheet).
268
269
270 Once a frame has been sent and wait-for-reply mode is on (``ATR1``,
271 configured on ``listen-only=off``), or when the reply timeout expires and
272 the driver sets the controller into monitoring mode (``ATMA``), the ELM327
273 will send one line for each received CAN frame, consisting of CAN ID,
274 DLC, and data::
275
276     123 8 DEADBEEF12345678
277
278 For 29 bit CAN frames, the address format is slightly different, which
279 elmcan uses to tell the two apart::
280
281     12 34 56 78 8 DEADBEEF12345678
282
283 The ELM327 will receive both 11 and 29 bit frames - the current CAN
284 config (``ATPB``) does not matter.
285
286
287 If the ELM327's internal UART sending buffer runs full, it will abort
288 the monitoring mode, print "BUFFER FULL" and drop back into command
289 mode. Note that in this case, unlike with other error messages, the
290 error message may appear on the same line as the last (usually
291 incomplete) data frame::
292
293     12 34 56 78 8 DEADBEEF123 BUFFER FULL
294
295
296
297 Rationale behind the chosen configuration
298 ------------------------------------------
299
300 ``AT E1``
301   Echo on
302
303   We need this to be able to get a prompt reliably.
304
305 ``AT S1``
306   Spaces on
307
308   We need this to distinguish 11/29 bit CAN addresses received.
309
310   Note:
311   We can usually do this using the line length (odd/even),
312   but this fails if the line is not transmitted fully to
313   the host (BUFFER FULL).
314
315 ``AT D1``
316   DLC on
317
318   We need this to tell the "length" of RTR frames.
319
320
321
322 A note on CAN bus termination
323 ------------------------------
324
325 Your adapter may have resistors soldered in which are meant to terminate
326 the bus. This is correct when it is plugged into a OBD-II socket, but
327 not helpful when trying to tap into the middle of an existing CAN bus.
328
329 If communications don't work with the adapter connected, check for the
330 termination resistors on its PCB and try removing them.
331
332
333
334 To Do list for future development
335 ----------------------------------
336
337 - DMA capable rx/tx buffers
338   (is this relevant for this driver?)
339
340 - flushing of ``tx_work`` is too late in ``ldisc_close()``
341   (is this still the case?)