treewide: remove redundant IS_ERR() before error code check
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / driver-api / generic-counter.rst
blobe622f8f6e56a967cd76013c0acbae7a156e29012
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
3 =========================
4 Generic Counter Interface
5 =========================
7 Introduction
8 ============
10 Counter devices are prevalent among a diverse spectrum of industries.
11 The ubiquitous presence of these devices necessitates a common interface
12 and standard of interaction and exposure. This driver API attempts to
13 resolve the issue of duplicate code found among existing counter device
14 drivers by introducing a generic counter interface for consumption. The
15 Generic Counter interface enables drivers to support and expose a common
16 set of components and functionality present in counter devices.
18 Theory
19 ======
21 Counter devices can vary greatly in design, but regardless of whether
22 some devices are quadrature encoder counters or tally counters, all
23 counter devices consist of a core set of components. This core set of
24 components, shared by all counter devices, is what forms the essence of
25 the Generic Counter interface.
27 There are three core components to a counter:
29 * Signal:
30   Stream of data to be evaluated by the counter.
32 * Synapse:
33   Association of a Signal, and evaluation trigger, with a Count.
35 * Count:
36   Accumulation of the effects of connected Synapses.
38 SIGNAL
39 ------
40 A Signal represents a stream of data. This is the input data that is
41 evaluated by the counter to determine the count data; e.g. a quadrature
42 signal output line of a rotary encoder. Not all counter devices provide
43 user access to the Signal data, so exposure is optional for drivers.
45 When the Signal data is available for user access, the Generic Counter
46 interface provides the following available signal values:
48 * SIGNAL_LOW:
49   Signal line is in a low state.
51 * SIGNAL_HIGH:
52   Signal line is in a high state.
54 A Signal may be associated with one or more Counts.
56 SYNAPSE
57 -------
58 A Synapse represents the association of a Signal with a Count. Signal
59 data affects respective Count data, and the Synapse represents this
60 relationship.
62 The Synapse action mode specifies the Signal data condition that
63 triggers the respective Count's count function evaluation to update the
64 count data. The Generic Counter interface provides the following
65 available action modes:
67 * None:
68   Signal does not trigger the count function. In Pulse-Direction count
69   function mode, this Signal is evaluated as Direction.
71 * Rising Edge:
72   Low state transitions to high state.
74 * Falling Edge:
75   High state transitions to low state.
77 * Both Edges:
78   Any state transition.
80 A counter is defined as a set of input signals associated with count
81 data that are generated by the evaluation of the state of the associated
82 input signals as defined by the respective count functions. Within the
83 context of the Generic Counter interface, a counter consists of Counts
84 each associated with a set of Signals, whose respective Synapse
85 instances represent the count function update conditions for the
86 associated Counts.
88 A Synapse associates one Signal with one Count.
90 COUNT
91 -----
92 A Count represents the accumulation of the effects of connected
93 Synapses; i.e. the count data for a set of Signals. The Generic
94 Counter interface represents the count data as a natural number.
96 A Count has a count function mode which represents the update behavior
97 for the count data. The Generic Counter interface provides the following
98 available count function modes:
100 * Increase:
101   Accumulated count is incremented.
103 * Decrease:
104   Accumulated count is decremented.
106 * Pulse-Direction:
107   Rising edges on signal A updates the respective count. The input level
108   of signal B determines direction.
110 * Quadrature:
111   A pair of quadrature encoding signals are evaluated to determine
112   position and direction. The following Quadrature modes are available:
114   - x1 A:
115     If direction is forward, rising edges on quadrature pair signal A
116     updates the respective count; if the direction is backward, falling
117     edges on quadrature pair signal A updates the respective count.
118     Quadrature encoding determines the direction.
120   - x1 B:
121     If direction is forward, rising edges on quadrature pair signal B
122     updates the respective count; if the direction is backward, falling
123     edges on quadrature pair signal B updates the respective count.
124     Quadrature encoding determines the direction.
126   - x2 A:
127     Any state transition on quadrature pair signal A updates the
128     respective count. Quadrature encoding determines the direction.
130   - x2 B:
131     Any state transition on quadrature pair signal B updates the
132     respective count. Quadrature encoding determines the direction.
134   - x4:
135     Any state transition on either quadrature pair signals updates the
136     respective count. Quadrature encoding determines the direction.
138 A Count has a set of one or more associated Synapses.
140 Paradigm
141 ========
143 The most basic counter device may be expressed as a single Count
144 associated with a single Signal via a single Synapse. Take for example
145 a counter device which simply accumulates a count of rising edges on a
146 source input line::
148                 Count                Synapse        Signal
149                 -----                -------        ------
150         +---------------------+
151         | Data: Count         |    Rising Edge     ________
152         | Function: Increase  |  <-------------   / Source \
153         |                     |                  ____________
154         +---------------------+
156 In this example, the Signal is a source input line with a pulsing
157 voltage, while the Count is a persistent count value which is repeatedly
158 incremented. The Signal is associated with the respective Count via a
159 Synapse. The increase function is triggered by the Signal data condition
160 specified by the Synapse -- in this case a rising edge condition on the
161 voltage input line. In summary, the counter device existence and
162 behavior is aptly represented by respective Count, Signal, and Synapse
163 components: a rising edge condition triggers an increase function on an
164 accumulating count datum.
166 A counter device is not limited to a single Signal; in fact, in theory
167 many Signals may be associated with even a single Count. For example, a
168 quadrature encoder counter device can keep track of position based on
169 the states of two input lines::
171                    Count                 Synapse     Signal
172                    -----                 -------     ------
173         +-------------------------+
174         | Data: Position          |    Both Edges     ___
175         | Function: Quadrature x4 |  <------------   / A \
176         |                         |                 _______
177         |                         |
178         |                         |    Both Edges     ___
179         |                         |  <------------   / B \
180         |                         |                 _______
181         +-------------------------+
183 In this example, two Signals (quadrature encoder lines A and B) are
184 associated with a single Count: a rising or falling edge on either A or
185 B triggers the "Quadrature x4" function which determines the direction
186 of movement and updates the respective position data. The "Quadrature
187 x4" function is likely implemented in the hardware of the quadrature
188 encoder counter device; the Count, Signals, and Synapses simply
189 represent this hardware behavior and functionality.
191 Signals associated with the same Count can have differing Synapse action
192 mode conditions. For example, a quadrature encoder counter device
193 operating in a non-quadrature Pulse-Direction mode could have one input
194 line dedicated for movement and a second input line dedicated for
195 direction::
197                    Count                   Synapse      Signal
198                    -----                   -------      ------
199         +---------------------------+
200         | Data: Position            |    Rising Edge     ___
201         | Function: Pulse-Direction |  <-------------   / A \ (Movement)
202         |                           |                  _______
203         |                           |
204         |                           |       None         ___
205         |                           |  <-------------   / B \ (Direction)
206         |                           |                  _______
207         +---------------------------+
209 Only Signal A triggers the "Pulse-Direction" update function, but the
210 instantaneous state of Signal B is still required in order to know the
211 direction so that the position data may be properly updated. Ultimately,
212 both Signals are associated with the same Count via two respective
213 Synapses, but only one Synapse has an active action mode condition which
214 triggers the respective count function while the other is left with a
215 "None" condition action mode to indicate its respective Signal's
216 availability for state evaluation despite its non-triggering mode.
218 Keep in mind that the Signal, Synapse, and Count are abstract
219 representations which do not need to be closely married to their
220 respective physical sources. This allows the user of a counter to
221 divorce themselves from the nuances of physical components (such as
222 whether an input line is differential or single-ended) and instead focus
223 on the core idea of what the data and process represent (e.g. position
224 as interpreted from quadrature encoding data).
226 Userspace Interface
227 ===================
229 Several sysfs attributes are generated by the Generic Counter interface,
230 and reside under the /sys/bus/counter/devices/counterX directory, where
231 counterX refers to the respective counter device. Please see
232 Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-counter for detailed
233 information on each Generic Counter interface sysfs attribute.
235 Through these sysfs attributes, programs and scripts may interact with
236 the Generic Counter paradigm Counts, Signals, and Synapses of respective
237 counter devices.
239 Driver API
240 ==========
242 Driver authors may utilize the Generic Counter interface in their code
243 by including the include/linux/counter.h header file. This header file
244 provides several core data structures, function prototypes, and macros
245 for defining a counter device.
247 .. kernel-doc:: include/linux/counter.h
248    :internal:
250 .. kernel-doc:: drivers/counter/counter.c
251    :export:
253 Implementation
254 ==============
256 To support a counter device, a driver must first allocate the available
257 Counter Signals via counter_signal structures. These Signals should
258 be stored as an array and set to the signals array member of an
259 allocated counter_device structure before the Counter is registered to
260 the system.
262 Counter Counts may be allocated via counter_count structures, and
263 respective Counter Signal associations (Synapses) made via
264 counter_synapse structures. Associated counter_synapse structures are
265 stored as an array and set to the the synapses array member of the
266 respective counter_count structure. These counter_count structures are
267 set to the counts array member of an allocated counter_device structure
268 before the Counter is registered to the system.
270 Driver callbacks should be provided to the counter_device structure via
271 a constant counter_ops structure in order to communicate with the
272 device: to read and write various Signals and Counts, and to set and get
273 the "action mode" and "function mode" for various Synapses and Counts
274 respectively.
276 A defined counter_device structure may be registered to the system by
277 passing it to the counter_register function, and unregistered by passing
278 it to the counter_unregister function. Similarly, the
279 devm_counter_register and devm_counter_unregister functions may be used
280 if device memory-managed registration is desired.
282 Extension sysfs attributes can be created for auxiliary functionality
283 and data by passing in defined counter_device_ext, counter_count_ext,
284 and counter_signal_ext structures. In these cases, the
285 counter_device_ext structure is used for global/miscellaneous exposure
286 and configuration of the respective Counter device, while the
287 counter_count_ext and counter_signal_ext structures allow for auxiliary
288 exposure and configuration of a specific Count or Signal respectively.
290 Determining the type of extension to create is a matter of scope.
292 * Signal extensions are attributes that expose information/control
293   specific to a Signal. These types of attributes will exist under a
294   Signal's directory in sysfs.
296   For example, if you have an invert feature for a Signal, you can have
297   a Signal extension called "invert" that toggles that feature:
298   /sys/bus/counter/devices/counterX/signalY/invert
300 * Count extensions are attributes that expose information/control
301   specific to a Count. These type of attributes will exist under a
302   Count's directory in sysfs.
304   For example, if you want to pause/unpause a Count from updating, you
305   can have a Count extension called "enable" that toggles such:
306   /sys/bus/counter/devices/counterX/countY/enable
308 * Device extensions are attributes that expose information/control
309   non-specific to a particular Count or Signal. This is where you would
310   put your global features or other miscellanous functionality.
312   For example, if your device has an overtemp sensor, you can report the
313   chip overheated via a device extension called "error_overtemp":
314   /sys/bus/counter/devices/counterX/error_overtemp
316 Architecture
317 ============
319 When the Generic Counter interface counter module is loaded, the
320 counter_init function is called which registers a bus_type named
321 "counter" to the system. Subsequently, when the module is unloaded, the
322 counter_exit function is called which unregisters the bus_type named
323 "counter" from the system.
325 Counter devices are registered to the system via the counter_register
326 function, and later removed via the counter_unregister function. The
327 counter_register function establishes a unique ID for the Counter
328 device and creates a respective sysfs directory, where X is the
329 mentioned unique ID:
331     /sys/bus/counter/devices/counterX
333 Sysfs attributes are created within the counterX directory to expose
334 functionality, configurations, and data relating to the Counts, Signals,
335 and Synapses of the Counter device, as well as options and information
336 for the Counter device itself.
338 Each Signal has a directory created to house its relevant sysfs
339 attributes, where Y is the unique ID of the respective Signal:
341     /sys/bus/counter/devices/counterX/signalY
343 Similarly, each Count has a directory created to house its relevant
344 sysfs attributes, where Y is the unique ID of the respective Count:
346     /sys/bus/counter/devices/counterX/countY
348 For a more detailed breakdown of the available Generic Counter interface
349 sysfs attributes, please refer to the
350 Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-counter file.
352 The Signals and Counts associated with the Counter device are registered
353 to the system as well by the counter_register function. The
354 signal_read/signal_write driver callbacks are associated with their
355 respective Signal attributes, while the count_read/count_write and
356 function_get/function_set driver callbacks are associated with their
357 respective Count attributes; similarly, the same is true for the
358 action_get/action_set driver callbacks and their respective Synapse
359 attributes. If a driver callback is left undefined, then the respective
360 read/write permission is left disabled for the relevant attributes.
362 Similarly, extension sysfs attributes are created for the defined
363 counter_device_ext, counter_count_ext, and counter_signal_ext
364 structures that are passed in.