f05bb635f404e0427245a37f4fa59f2ca5a8edd8
[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
52
53 Data sheet
54 -----------
55
56 The official data sheets can be found at ELM electronics' home page:
57
58   https://www.elmelectronics.com/
59
60
61
62 How to check the controller version
63 ------------------------------------
64
65 Use a terminal program to attach to the controller.
66
67 After issuing the "``AT WS``" command, the controller will respond with
68 its version::
69
70     >AT WS
71
72
73     ELM327 v1.4b
74
75     >
76
77
78
79 How to attach the line discipline
80 ----------------------------------
81
82 Every ELM327 chip is factory programmed to operate at a serial setting
83 of 38400 baud/s, 8 data bits, no parity, 1 stopbit.
84
85 The line discipline can be attached on a command prompt as follows::
86
87     sudo ldattach \
88            --debug \
89            --speed 38400 \
90            --eightbits \
91            --noparity \
92            --onestopbit \
93            --iflag -ICRNL,INLCR,-IXOFF \
94            29 \
95            /dev/ttyUSB0
96
97 To change the ELM327's serial settings, please refer to its data
98 sheet. This needs to be done before attaching the line discipline.
99
100
101
102 Module parameters
103 ------------------
104
105 - ``accept_flaky_uart`` - Try to live with a bad controller or UART line
106
107         Some adapters and/or their connection are unreliable. Enable this
108         option to try and work around the situation. This is a best-effort
109         workaround, so undefined behavior will likely occur sooner or later.
110
111         LOAD TIME::
112
113                 module/kernel parameter: accept_flaky_uart=[0|1]
114
115
116
117 Known limitations of the controller
118 ------------------------------------
119
120 - Clone "v1.5" devices
121
122   Sending RTR frames is not supported and will be dropped silently.
123
124   Receiving RTR with DLC 8 will appear to be a regular frame with
125   the last received frame's DLC and payload.
126
127   "``AT CSM``" not supported, thus no ACK-ing frames while listening:
128   "``AT MA``" will always be silent. However, immediately after
129   sending a frame, the ELM327 will be in "receive reply" mode, in
130   which it *does* ACK any received frames. Once the bus goes silent
131   or an error occurs (such as BUFFER FULL), the ELM327 will end reply
132   reception mode on its own and elmcan will fall back to "``AT MA``"
133   in order to keep monitoring the bus.
134
135
136 - All versions
137
138   No automatic full duplex operation is supported. The driver will
139   switch between input/output mode as quickly as possible.
140
141   The length of outgoing RTR frames cannot be set. In fact, some
142   clones (tested with one identifying as "``v1.5``") are unable to
143   send RTR frames at all.
144
145   We don't have a way to get real-time notifications on CAN errors.
146   While there is a command (``AT CS``) to retrieve some basic stats,
147   we don't poll it as it would force us to interrupt reception mode.
148
149
150 - Versions prior to 1.4b
151
152   These versions do not send CAN ACKs when in monitoring mode (AT MA).
153   However, they do send ACKs while waiting for a reply immediately
154   after sending a frame. The driver maximizes this time to make the
155   controller as useful as possible.
156
157   Starting with version 1.4b, the ELM327 supports the "``AT CSM``"
158   command, and the "listen-only" CAN option will take effect.
159
160
161 - Versions prior to 1.4
162
163   These chips do not support the "``AT PB``" command, and thus cannot
164   change bitrate or SFF/EFF mode on-the-fly. This will have to be
165   programmed by the user before attaching the line discipline. See the
166   data sheet for details.
167
168
169 - Versions prior to 1.3
170
171   These chips cannot be used at all with elmcan. They do not support
172   the "``AT D1``", which is necessary to avoid parsing conflicts on
173   incoming data, as well as distinction of RTR frame lengths.
174
175   Specifically, this allows for easy distinction of SFF and EFF
176   frames, and to check whether frames are complete. While it is possible
177   to deduce the type and length from the length of the line the ELM327
178   sends us, this method fails when the ELM327's UART output buffer
179   overruns. It may abort sending in the middle of the line, which will
180   then be mistaken for something else.
181
182
183
184 Known limitations of the driver
185 --------------------------------
186
187 - No 8/7 timing.
188
189   ELM327 can only set CAN bitrates that are of the form 500000/n, where
190   n is an integer divisor.
191   However there is an exception: With a separate flag, it may set the
192   speed to be 8/7 of the speed indicated by the divisor.
193   This mode is not currently implemented.
194
195 - No evaluation of command responses.
196
197   The ELM327 will reply with OK when a command is understood, and with ?
198   when it is not. The driver does not currently check this, and simply
199   assumes that the chip understands every command.
200   The driver is built such that functionality degrades gracefully
201   nevertheless. See the section on known limitations of the controller.
202
203 - No use of hardware CAN ID filtering
204
205   An ELM327's UART sending buffer will easily overflow on heavy CAN bus
206   load, resulting in the "``BUFFER FULL``" message. Using the hardware
207   filters available through "``AT CF xxx``" and "``AT CM xxx``" would be
208   helpful here, however SocketCAN does not currently provide a facility
209   to make use of such hardware features.
210
211
212
213 Communication example
214 ----------------------
215
216 This is a short and incomplete introduction on how to talk to an ELM327.
217
218
219 The ELM327 has two modes:
220
221 - Command mode
222 - Reception mode
223
224 In command mode, it expects one command per line, terminated by CR.
225 By default, the prompt is a "``>``", after which a command can be
226 entered::
227
228     >ATE1
229     OK
230     >
231
232 The init script in the driver switches off several configuration options
233 that are only meaningful in the original OBD scenario the chip is meant
234 for, and are actually a hindrance for elmcan.
235
236
237 When a command is not recognized, such as by an older version of the
238 ELM327, a question mark is printed as a response instead of OK::
239
240     >ATUNKNOWN
241     ?
242     >
243
244 At present, elmcan does not evaluate this response and silently assumes
245 that all commands are recognized. It is structured such that it will
246 degrade gracefully when a command is unknown. See the sections above on
247 known limitations for details.
248
249
250 When a CAN frame is to be sent, the target address is configured, after
251 which the frame is sent as a command that consists of the data's hex
252 dump::
253
254     >ATSH123
255     OK
256     >DEADBEEF12345678
257     OK
258     >
259
260 The above interaction sends the frame "``DE AD BE EF 12 34 56 78``" with
261 the 11 bit CAN ID ``0x123``.
262 For this to function, the controller must be configured for 11 bit CAN
263 ID sending mode (using "``AT PB``", see code or datasheet).
264
265
266 Once a frame has been sent and wait-for-reply mode is on (``ATR1``,
267 configured on ``listen-only=off``), or when the reply timeout expires and
268 the driver sets the controller into monitoring mode (``ATMA``), the ELM327
269 will send one line for each received CAN frame, consisting of CAN ID,
270 DLC, and data::
271
272     123 8 DEADBEEF12345678
273
274 For 29 bit CAN frames, the address format is slightly different, which
275 elmcan uses to tell the two apart::
276
277     12 34 56 78 8 DEADBEEF12345678
278
279 The ELM327 will receive both 11 and 29 bit frames - the current CAN
280 config (``ATPB``) does not matter.
281
282
283 If the ELM327's internal UART sending buffer runs full, it will abort
284 the monitoring mode, print "BUFFER FULL" and drop back into command
285 mode. Note that in this case, unlike with other error messages, the
286 error message may appear on the same line as the last (usually
287 incomplete) data frame::
288
289     12 34 56 78 8 DEADBEEF123 BUFFER FULL
290
291
292
293 Rationale behind the chosen configuration
294 ------------------------------------------
295
296 ``AT E1``
297   Echo on
298
299   We need this to be able to get a prompt reliably.
300
301 ``AT S1``
302   Spaces on
303
304   We need this to distinguish 11/29 bit CAN addresses received.
305
306   Note:
307   We can usually do this using the line length (odd/even),
308   but this fails if the line is not transmitted fully to
309   the host (BUFFER FULL).
310
311 ``AT D1``
312   DLC on
313
314   We need this to tell the "length" of RTR frames.
315
316
317
318 A note on CAN bus termination
319 ------------------------------
320
321 Your adapter may have resistors soldered in which are meant to terminate
322 the bus. This is correct when it is plugged into a OBD-II socket, but
323 not helpful when trying to tap into the middle of an existing CAN bus.
324
325 If communications don't work with the adapter connected, check for the
326 termination resistors on its PCB and try removing them.
327
328
329
330 To Do list for future development
331 ----------------------------------
332
333 - DMA capable rx/tx buffers
334   (is this relevant for this driver?)
335
336 - flushing of ``tx_work`` is too late in ``ldisc_close()``
337   (is this still the case?)