Linux 3.16-rc2
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / usb / URB.txt
blob50da0d4554445f30ce00809eb9dc50c30bcfcf48
1 Revised: 2000-Dec-05.
2 Again:   2002-Jul-06
3 Again:   2005-Sep-19
5     NOTE:
7     The USB subsystem now has a substantial section in "The Linux Kernel API"
8     guide (in Documentation/DocBook), generated from the current source
9     code.  This particular documentation file isn't particularly current or
10     complete; don't rely on it except for a quick overview.
13 1.1. Basic concept or 'What is an URB?'
15 The basic idea of the new driver is message passing, the message itself is 
16 called USB Request Block, or URB for short. 
18 - An URB consists of all relevant information to execute any USB transaction 
19   and deliver the data and status back. 
21 - Execution of an URB is inherently an asynchronous operation, i.e. the 
22   usb_submit_urb(urb) call returns immediately after it has successfully
23   queued the requested action.
25 - Transfers for one URB can be canceled with usb_unlink_urb(urb) at any time. 
27 - Each URB has a completion handler, which is called after the action
28   has been successfully completed or canceled. The URB also contains a
29   context-pointer for passing information to the completion handler.
31 - Each endpoint for a device logically supports a queue of requests.
32   You can fill that queue, so that the USB hardware can still transfer
33   data to an endpoint while your driver handles completion of another.
34   This maximizes use of USB bandwidth, and supports seamless streaming
35   of data to (or from) devices when using periodic transfer modes.
38 1.2. The URB structure
40 Some of the fields in an URB are:
42 struct urb
44 // (IN) device and pipe specify the endpoint queue
45         struct usb_device *dev;         // pointer to associated USB device
46         unsigned int pipe;              // endpoint information
48         unsigned int transfer_flags;    // ISO_ASAP, SHORT_NOT_OK, etc.
50 // (IN) all urbs need completion routines
51         void *context;                  // context for completion routine
52         void (*complete)(struct urb *); // pointer to completion routine
54 // (OUT) status after each completion
55         int status;                     // returned status
57 // (IN) buffer used for data transfers
58         void *transfer_buffer;          // associated data buffer
59         int transfer_buffer_length;     // data buffer length
60         int number_of_packets;          // size of iso_frame_desc
62 // (OUT) sometimes only part of CTRL/BULK/INTR transfer_buffer is used
63         int actual_length;              // actual data buffer length
65 // (IN) setup stage for CTRL (pass a struct usb_ctrlrequest)
66         unsigned char* setup_packet;    // setup packet (control only)
68 // Only for PERIODIC transfers (ISO, INTERRUPT)
69     // (IN/OUT) start_frame is set unless ISO_ASAP isn't set
70         int start_frame;                // start frame
71         int interval;                   // polling interval
73     // ISO only: packets are only "best effort"; each can have errors
74         int error_count;                // number of errors
75         struct usb_iso_packet_descriptor iso_frame_desc[0];
78 Your driver must create the "pipe" value using values from the appropriate
79 endpoint descriptor in an interface that it's claimed.
82 1.3. How to get an URB?
84 URBs are allocated with the following call
86         struct urb *usb_alloc_urb(int isoframes, int mem_flags)
88 Return value is a pointer to the allocated URB, 0 if allocation failed.
89 The parameter isoframes specifies the number of isochronous transfer frames
90 you want to schedule. For CTRL/BULK/INT, use 0.  The mem_flags parameter
91 holds standard memory allocation flags, letting you control (among other
92 things) whether the underlying code may block or not.
94 To free an URB, use
96         void usb_free_urb(struct urb *urb)
98 You may free an urb that you've submitted, but which hasn't yet been
99 returned to you in a completion callback.  It will automatically be
100 deallocated when it is no longer in use.
103 1.4. What has to be filled in?
105 Depending on the type of transaction, there are some inline functions 
106 defined in <linux/usb.h> to simplify the initialization, such as
107 fill_control_urb() and fill_bulk_urb().  In general, they need the usb
108 device pointer, the pipe (usual format from usb.h), the transfer buffer,
109 the desired transfer length, the completion  handler, and its context. 
110 Take a look at the some existing drivers to see how they're used.
112 Flags:
113 For ISO there are two startup behaviors: Specified start_frame or ASAP.
114 For ASAP set URB_ISO_ASAP in transfer_flags.
116 If short packets should NOT be tolerated, set URB_SHORT_NOT_OK in 
117 transfer_flags.
120 1.5. How to submit an URB?
122 Just call
124         int usb_submit_urb(struct urb *urb, int mem_flags)
126 The mem_flags parameter, such as SLAB_ATOMIC, controls memory allocation,
127 such as whether the lower levels may block when memory is tight.
129 It immediately returns, either with status 0 (request queued) or some
130 error code, usually caused by the following:
132 - Out of memory (-ENOMEM)
133 - Unplugged device (-ENODEV)
134 - Stalled endpoint (-EPIPE)
135 - Too many queued ISO transfers (-EAGAIN)
136 - Too many requested ISO frames (-EFBIG)
137 - Invalid INT interval (-EINVAL)
138 - More than one packet for INT (-EINVAL)
140 After submission, urb->status is -EINPROGRESS; however, you should never
141 look at that value except in your completion callback.
143 For isochronous endpoints, your completion handlers should (re)submit
144 URBs to the same endpoint with the ISO_ASAP flag, using multi-buffering,
145 to get seamless ISO streaming.
148 1.6. How to cancel an already running URB?
150 There are two ways to cancel an URB you've submitted but which hasn't
151 been returned to your driver yet.  For an asynchronous cancel, call
153         int usb_unlink_urb(struct urb *urb)
155 It removes the urb from the internal list and frees all allocated
156 HW descriptors. The status is changed to reflect unlinking.  Note
157 that the URB will not normally have finished when usb_unlink_urb()
158 returns; you must still wait for the completion handler to be called.
160 To cancel an URB synchronously, call
162         void usb_kill_urb(struct urb *urb)
164 It does everything usb_unlink_urb does, and in addition it waits
165 until after the URB has been returned and the completion handler
166 has finished.  It also marks the URB as temporarily unusable, so
167 that if the completion handler or anyone else tries to resubmit it
168 they will get a -EPERM error.  Thus you can be sure that when
169 usb_kill_urb() returns, the URB is totally idle.
171 There is a lifetime issue to consider.  An URB may complete at any
172 time, and the completion handler may free the URB.  If this happens
173 while usb_unlink_urb or usb_kill_urb is running, it will cause a
174 memory-access violation.  The driver is responsible for avoiding this,
175 which often means some sort of lock will be needed to prevent the URB
176 from being deallocated while it is still in use.
178 On the other hand, since usb_unlink_urb may end up calling the
179 completion handler, the handler must not take any lock that is held
180 when usb_unlink_urb is invoked.  The general solution to this problem
181 is to increment the URB's reference count while holding the lock, then
182 drop the lock and call usb_unlink_urb or usb_kill_urb, and then
183 decrement the URB's reference count.  You increment the reference
184 count by calling
186         struct urb *usb_get_urb(struct urb *urb)
188 (ignore the return value; it is the same as the argument) and
189 decrement the reference count by calling usb_free_urb.  Of course,
190 none of this is necessary if there's no danger of the URB being freed
191 by the completion handler.
194 1.7. What about the completion handler?
196 The handler is of the following type:
198         typedef void (*usb_complete_t)(struct urb *)
200 I.e., it gets the URB that caused the completion call. In the completion
201 handler, you should have a look at urb->status to detect any USB errors.
202 Since the context parameter is included in the URB, you can pass
203 information to the completion handler.
205 Note that even when an error (or unlink) is reported, data may have been
206 transferred.  That's because USB transfers are packetized; it might take
207 sixteen packets to transfer your 1KByte buffer, and ten of them might
208 have transferred successfully before the completion was called.
211 NOTE:  ***** WARNING *****
212 NEVER SLEEP IN A COMPLETION HANDLER.  These are often called in atomic
213 context.
215 In the current kernel, completion handlers run with local interrupts
216 disabled, but in the future this will be changed, so don't assume that
217 local IRQs are always disabled inside completion handlers.
219 1.8. How to do isochronous (ISO) transfers?
221 For ISO transfers you have to fill a usb_iso_packet_descriptor structure,
222 allocated at the end of the URB by usb_alloc_urb(n,mem_flags), for each
223 packet you want to schedule.   You also have to set urb->interval to say
224 how often to make transfers; it's often one per frame (which is once
225 every microframe for highspeed devices).  The actual interval used will
226 be a power of two that's no bigger than what you specify.
228 The usb_submit_urb() call modifies urb->interval to the implemented interval
229 value that is less than or equal to the requested interval value.  If
230 ISO_ASAP scheduling is used, urb->start_frame is also updated.
232 For each entry you have to specify the data offset for this frame (base is
233 transfer_buffer), and the length you want to write/expect to read.
234 After completion, actual_length contains the actual transferred length and 
235 status contains the resulting status for the ISO transfer for this frame.
236 It is allowed to specify a varying length from frame to frame (e.g. for
237 audio synchronisation/adaptive transfer rates). You can also use the length 
238 0 to omit one or more frames (striping).
240 For scheduling you can choose your own start frame or ISO_ASAP. As explained
241 earlier, if you always keep at least one URB queued and your completion
242 keeps (re)submitting a later URB, you'll get smooth ISO streaming (if usb
243 bandwidth utilization allows).
245 If you specify your own start frame, make sure it's several frames in advance
246 of the current frame.  You might want this model if you're synchronizing
247 ISO data with some other event stream.
250 1.9. How to start interrupt (INT) transfers?
252 Interrupt transfers, like isochronous transfers, are periodic, and happen
253 in intervals that are powers of two (1, 2, 4 etc) units.  Units are frames
254 for full and low speed devices, and microframes for high speed ones.
255 The usb_submit_urb() call modifies urb->interval to the implemented interval
256 value that is less than or equal to the requested interval value.
258 In Linux 2.6, unlike earlier versions, interrupt URBs are not automagically
259 restarted when they complete.  They end when the completion handler is
260 called, just like other URBs.  If you want an interrupt URB to be restarted,
261 your completion handler must resubmit it.