Documentation/nfc/nfc-hci.txt

   1 HCI backend for NFC Core
   2
   3 Author: Eric Lapuyade, Samuel Ortiz
   4 Contact: eric.lapuyade@intel.com, samuel.ortiz@intel.com
   5
   6 General
   7 -------
   8
   9 The HCI layer implements much of the ETSI TS 102 622 V10.2.0 specification. It
  10 enables easy writing of HCI-based NFC drivers. The HCI layer runs as an NFC Core
  11 backend, implementing an abstract nfc device and translating NFC Core API
  12 to HCI commands and events.
  13
  14 HCI
  15 ---
  16
  17 HCI registers as an nfc device with NFC Core. Requests coming from userspace are
  18 routed through netlink sockets to NFC Core and then to HCI. From this point,
  19 they are translated in a sequence of HCI commands sent to the HCI layer in the
  20 host controller (the chip). Commands can be executed synchronously (the sending
  21 context blocks waiting for response) or asynchronously (the response is returned
  22 from HCI Rx context).
  23 HCI events can also be received from the host controller. They will be handled
  24 and a translation will be forwarded to NFC Core as needed. There are hooks to
  25 let the HCI driver handle proprietary events or override standard behavior.
  26 HCI uses 2 execution contexts:
  27 - one for executing commands : nfc_hci_msg_tx_work(). Only one command
  28 can be executing at any given moment.
  29 - one for dispatching received events and commands : nfc_hci_msg_rx_work().
  30
  31 HCI Session initialization:
  32 ---------------------------
  33
  34 The Session initialization is an HCI standard which must unfortunately
  35 support proprietary gates. This is the reason why the driver will pass a list
  36 of proprietary gates that must be part of the session. HCI will ensure all
  37 those gates have pipes connected when the hci device is set up.
  38 In case the chip supports pre-opened gates and pseudo-static pipes, the driver
  39 can pass that information to HCI core.
  40
  41 HCI Gates and Pipes
  42 -------------------
  43
  44 A gate defines the 'port' where some service can be found. In order to access
  45 a service, one must create a pipe to that gate and open it. In this
  46 implementation, pipes are totally hidden. The public API only knows gates.
  47 This is consistent with the driver need to send commands to proprietary gates
  48 without knowing the pipe connected to it.
  49
  50 Driver interface
  51 ----------------
  52
  53 A driver is generally written in two parts : the physical link management and
  54 the HCI management. This makes it easier to maintain a driver for a chip that
  55 can be connected using various phy (i2c, spi, ...)
  56
  57 HCI Management
  58 --------------
  59
  60 A driver would normally register itself with HCI and provide the following
  61 entry points:
  62
  63 struct nfc_hci_ops {
  64         int (*open)(struct nfc_hci_dev *hdev);
  65         void (*close)(struct nfc_hci_dev *hdev);
  66         int (*hci_ready) (struct nfc_hci_dev *hdev);
  67         int (*xmit) (struct nfc_hci_dev *hdev, struct sk_buff *skb);
  68         int (*start_poll) (struct nfc_hci_dev *hdev,
  69                            u32 im_protocols, u32 tm_protocols);
  70         int (*dep_link_up)(struct nfc_hci_dev *hdev, struct nfc_target *target,
  71                            u8 comm_mode, u8 *gb, size_t gb_len);
  72         int (*dep_link_down)(struct nfc_hci_dev *hdev);
  73         int (*target_from_gate) (struct nfc_hci_dev *hdev, u8 gate,
  74                                  struct nfc_target *target);
  75         int (*complete_target_discovered) (struct nfc_hci_dev *hdev, u8 gate,
  76                                            struct nfc_target *target);
  77         int (*im_transceive) (struct nfc_hci_dev *hdev,
  78                               struct nfc_target *target, struct sk_buff *skb,
  79                               data_exchange_cb_t cb, void *cb_context);
  80         int (*tm_send)(struct nfc_hci_dev *hdev, struct sk_buff *skb);
  81         int (*check_presence)(struct nfc_hci_dev *hdev,
  82                               struct nfc_target *target);
  83         int (*event_received)(struct nfc_hci_dev *hdev, u8 gate, u8 event,
  84                               struct sk_buff *skb);
  85 };
  86
  87 - open() and close() shall turn the hardware on and off.
  88 - hci_ready() is an optional entry point that is called right after the hci
  89 session has been set up. The driver can use it to do additional initialization
  90 that must be performed using HCI commands.
  91 - xmit() shall simply write a frame to the physical link.
  92 - start_poll() is an optional entrypoint that shall set the hardware in polling
  93 mode. This must be implemented only if the hardware uses proprietary gates or a
  94 mechanism slightly different from the HCI standard.
  95 - dep_link_up() is called after a p2p target has been detected, to finish
  96 the p2p connection setup with hardware parameters that need to be passed back
  97 to nfc core.
  98 - dep_link_down() is called to bring the p2p link down.
  99 - target_from_gate() is an optional entrypoint to return the nfc protocols
 100 corresponding to a proprietary gate.
 101 - complete_target_discovered() is an optional entry point to let the driver
 102 perform additional proprietary processing necessary to auto activate the
 103 discovered target.
 104 - im_transceive() must be implemented by the driver if proprietary HCI commands
 105 are required to send data to the tag. Some tag types will require custom
 106 commands, others can be written to using the standard HCI commands. The driver
 107 can check the tag type and either do proprietary processing, or return 1 to ask
 108 for standard processing. The data exchange command itself must be sent
 109 asynchronously.
 110 - tm_send() is called to send data in the case of a p2p connection
 111 - check_presence() is an optional entry point that will be called regularly
 112 by the core to check that an activated tag is still in the field. If this is
 113 not implemented, the core will not be able to push tag_lost events to the user
 114 space
 115 - event_received() is called to handle an event coming from the chip. Driver
 116 can handle the event or return 1 to let HCI attempt standard processing.
 117
 118 On the rx path, the driver is responsible to push incoming HCP frames to HCI
 119 using nfc_hci_recv_frame(). HCI will take care of re-aggregation and handling
 120 This must be done from a context that can sleep.
 121
 122 PHY Management
 123 --------------
 124
 125 The physical link (i2c, ...) management is defined by the following structure:
 126
 127 struct nfc_phy_ops {
 128         int (*write)(void *dev_id, struct sk_buff *skb);
 129         int (*enable)(void *dev_id);
 130         void (*disable)(void *dev_id);
 131 };
 132
 133 enable(): turn the phy on (power on), make it ready to transfer data
 134 disable(): turn the phy off
 135 write(): Send a data frame to the chip. Note that to enable higher
 136 layers such as an llc to store the frame for re-emission, this function must
 137 not alter the skb. It must also not return a positive result (return 0 for
 138 success, negative for failure).
 139
 140 Data coming from the chip shall be sent directly to nfc_hci_recv_frame().
 141
 142 LLC
 143 ---
 144
 145 Communication between the CPU and the chip often requires some link layer
 146 protocol. Those are isolated as modules managed by the HCI layer. There are
 147 currently two modules : nop (raw transfert) and shdlc.
 148 A new llc must implement the following functions:
 149
 150 struct nfc_llc_ops {
 151         void *(*init) (struct nfc_hci_dev *hdev, xmit_to_drv_t xmit_to_drv,
 152                        rcv_to_hci_t rcv_to_hci, int tx_headroom,
 153                        int tx_tailroom, int *rx_headroom, int *rx_tailroom,
 154                        llc_failure_t llc_failure);
 155         void (*deinit) (struct nfc_llc *llc);
 156         int (*start) (struct nfc_llc *llc);
 157         int (*stop) (struct nfc_llc *llc);
 158         void (*rcv_from_drv) (struct nfc_llc *llc, struct sk_buff *skb);
 159         int (*xmit_from_hci) (struct nfc_llc *llc, struct sk_buff *skb);
 160 };
 161
 162 - init() : allocate and init your private storage
 163 - deinit() : cleanup
 164 - start() : establish the logical connection
 165 - stop () : terminate the logical connection
 166 - rcv_from_drv() : handle data coming from the chip, going to HCI
 167 - xmit_from_hci() : handle data sent by HCI, going to the chip
 168
 169 The llc must be registered with nfc before it can be used. Do that by
 170 calling nfc_llc_register(const char *name, struct nfc_llc_ops *ops);
 171
 172 Again, note that the llc does not handle the physical link. It is thus very
 173 easy to mix any physical link with any llc for a given chip driver.
 174
 175 Included Drivers
 176 ----------------
 177
 178 An HCI based driver for an NXP PN544, connected through I2C bus, and using
 179 shdlc is included.
 180
 181 Execution Contexts
 182 ------------------
 183
 184 The execution contexts are the following:
 185 - IRQ handler (IRQH):
 186 fast, cannot sleep. sends incoming frames to HCI where they are passed to
 187 the current llc. In case of shdlc, the frame is queued in shdlc rx queue.
 188
 189 - SHDLC State Machine worker (SMW)
 190 Only when llc_shdlc is used: handles shdlc rx & tx queues.
 191 Dispatches HCI cmd responses.
 192
 193 - HCI Tx Cmd worker (MSGTXWQ)
 194 Serializes execution of HCI commands. Completes execution in case of response
 195 timeout.
 196
 197 - HCI Rx worker (MSGRXWQ)
 198 Dispatches incoming HCI commands or events.
 199
 200 - Syscall context from a userspace call (SYSCALL)
 201 Any entrypoint in HCI called from NFC Core
 202
 203 Workflow executing an HCI command (using shdlc)
 204 -----------------------------------------------
 205
 206 Executing an HCI command can easily be performed synchronously using the
 207 following API:
 208
 209 int nfc_hci_send_cmd (struct nfc_hci_dev *hdev, u8 gate, u8 cmd,
 210                         const u8 *param, size_t param_len, struct sk_buff **skb)
 211
 212 The API must be invoked from a context that can sleep. Most of the time, this
 213 will be the syscall context. skb will return the result that was received in
 214 the response.
 215
 216 Internally, execution is asynchronous. So all this API does is to enqueue the
 217 HCI command, setup a local wait queue on stack, and wait_event() for completion.
 218 The wait is not interruptible because it is guaranteed that the command will
 219 complete after some short timeout anyway.
 220
 221 MSGTXWQ context will then be scheduled and invoke nfc_hci_msg_tx_work().
 222 This function will dequeue the next pending command and send its HCP fragments
 223 to the lower layer which happens to be shdlc. It will then start a timer to be
 224 able to complete the command with a timeout error if no response arrive.
 225
 226 SMW context gets scheduled and invokes nfc_shdlc_sm_work(). This function
 227 handles shdlc framing in and out. It uses the driver xmit to send frames and
 228 receives incoming frames in an skb queue filled from the driver IRQ handler.
 229 SHDLC I(nformation) frames payload are HCP fragments. They are aggregated to
 230 form complete HCI frames, which can be a response, command, or event.
 231
 232 HCI Responses are dispatched immediately from this context to unblock
 233 waiting command execution. Response processing involves invoking the completion
 234 callback that was provided by nfc_hci_msg_tx_work() when it sent the command.
 235 The completion callback will then wake the syscall context.
 236
 237 It is also possible to execute the command asynchronously using this API:
 238
 239 static int nfc_hci_execute_cmd_async(struct nfc_hci_dev *hdev, u8 pipe, u8 cmd,
 240                                const u8 *param, size_t param_len,
 241                                data_exchange_cb_t cb, void *cb_context)
 242
 243 The workflow is the same, except that the API call returns immediately, and
 244 the callback will be called with the result from the SMW context.
 245
 246 Workflow receiving an HCI event or command
 247 ------------------------------------------
 248
 249 HCI commands or events are not dispatched from SMW context. Instead, they are
 250 queued to HCI rx_queue and will be dispatched from HCI rx worker
 251 context (MSGRXWQ). This is done this way to allow a cmd or event handler
 252 to also execute other commands (for example, handling the
 253 NFC_HCI_EVT_TARGET_DISCOVERED event from PN544 requires to issue an
 254 ANY_GET_PARAMETER to the reader A gate to get information on the target
 255 that was discovered).
 256
 257 Typically, such an event will be propagated to NFC Core from MSGRXWQ context.
 258
 259 Error management
 260 ----------------
 261
 262 Errors that occur synchronously with the execution of an NFC Core request are
 263 simply returned as the execution result of the request. These are easy.
 264
 265 Errors that occur asynchronously (e.g. in a background protocol handling thread)
 266 must be reported such that upper layers don't stay ignorant that something
 267 went wrong below and know that expected events will probably never happen.
 268 Handling of these errors is done as follows:
 269
 270 - driver (pn544) fails to deliver an incoming frame: it stores the error such
 271 that any subsequent call to the driver will result in this error. Then it calls
 272 the standard nfc_shdlc_recv_frame() with a NULL argument to report the problem
 273 above. shdlc stores a EREMOTEIO sticky status, which will trigger SMW to
 274 report above in turn.
 275
 276 - SMW is basically a background thread to handle incoming and outgoing shdlc
 277 frames. This thread will also check the shdlc sticky status and report to HCI
 278 when it discovers it is not able to run anymore because of an unrecoverable
 279 error that happened within shdlc or below. If the problem occurs during shdlc
 280 connection, the error is reported through the connect completion.
 281
 282 - HCI: if an internal HCI error happens (frame is lost), or HCI is reported an
 283 error from a lower layer, HCI will either complete the currently executing
 284 command with that error, or notify NFC Core directly if no command is executing.
 285
 286 - NFC Core: when NFC Core is notified of an error from below and polling is
 287 active, it will send a tag discovered event with an empty tag list to the user
 288 space to let it know that the poll operation will never be able to detect a tag.
 289 If polling is not active and the error was sticky, lower levels will return it
 290 at next invocation.