Documentation/serial/tty.rst

   1 =================
   2 The Lockronomicon
   3 =================
   4
   5 Your guide to the ancient and twisted locking policies of the tty layer and
   6 the warped logic behind them. Beware all ye who read on.
   7
   8
   9 Line Discipline
  10 ---------------
  11
  12 Line disciplines are registered with tty_register_ldisc() passing the
  13 discipline number and the ldisc structure. At the point of registration the
  14 discipline must be ready to use and it is possible it will get used before
  15 the call returns success. If the call returns an error then it won't get
  16 called. Do not re-use ldisc numbers as they are part of the userspace ABI
  17 and writing over an existing ldisc will cause demons to eat your computer.
  18 After the return the ldisc data has been copied so you may free your own
  19 copy of the structure. You must not re-register over the top of the line
  20 discipline even with the same data or your computer again will be eaten by
  21 demons.
  22
  23 In order to remove a line discipline call tty_unregister_ldisc().
  24 In ancient times this always worked. In modern times the function will
  25 return -EBUSY if the ldisc is currently in use. Since the ldisc referencing
  26 code manages the module counts this should not usually be a concern.
  27
  28 Heed this warning: the reference count field of the registered copies of the
  29 tty_ldisc structure in the ldisc table counts the number of lines using this
  30 discipline. The reference count of the tty_ldisc structure within a tty
  31 counts the number of active users of the ldisc at this instant. In effect it
  32 counts the number of threads of execution within an ldisc method (plus those
  33 about to enter and exit although this detail matters not).
  34
  35 Line Discipline Methods
  36 -----------------------
  37
  38 TTY side interfaces
  39 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
  40
  41 ======================= =======================================================
  42 open()                  Called when the line discipline is attached to
  43                         the terminal. No other call into the line
  44                         discipline for this tty will occur until it
  45                         completes successfully. Should initialize any
  46                         state needed by the ldisc, and set receive_room
  47                         in the tty_struct to the maximum amount of data
  48                         the line discipline is willing to accept from the
  49                         driver with a single call to receive_buf().
  50                         Returning an error will prevent the ldisc from
  51                         being attached. Can sleep.
  52
  53 close()                 This is called on a terminal when the line
  54                         discipline is being unplugged. At the point of
  55                         execution no further users will enter the
  56                         ldisc code for this tty. Can sleep.
  57
  58 hangup()                Called when the tty line is hung up.
  59                         The line discipline should cease I/O to the tty.
  60                         No further calls into the ldisc code will occur.
  61                         The return value is ignored. Can sleep.
  62
  63 read()                  (optional) A process requests reading data from
  64                         the line. Multiple read calls may occur in parallel
  65                         and the ldisc must deal with serialization issues.
  66                         If not defined, the process will receive an EIO
  67                         error. May sleep.
  68
  69 write()                 (optional) A process requests writing data to the
  70                         line. Multiple write calls are serialized by the
  71                         tty layer for the ldisc. If not defined, the
  72                         process will receive an EIO error. May sleep.
  73
  74 flush_buffer()          (optional) May be called at any point between
  75                         open and close, and instructs the line discipline
  76                         to empty its input buffer.
  77
  78 set_termios()           (optional) Called on termios structure changes.
  79                         The caller passes the old termios data and the
  80                         current data is in the tty. Called under the
  81                         termios semaphore so allowed to sleep. Serialized
  82                         against itself only.
  83
  84 poll()                  (optional) Check the status for the poll/select
  85                         calls. Multiple poll calls may occur in parallel.
  86                         May sleep.
  87
  88 ioctl()                 (optional) Called when an ioctl is handed to the
  89                         tty layer that might be for the ldisc. Multiple
  90                         ioctl calls may occur in parallel. May sleep.
  91
  92 compat_ioctl()          (optional) Called when a 32 bit ioctl is handed
  93                         to the tty layer that might be for the ldisc.
  94                         Multiple ioctl calls may occur in parallel.
  95                         May sleep.
  96 ======================= =======================================================
  97
  98 Driver Side Interfaces
  99 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 100
 101 ======================= =======================================================
 102 receive_buf()           (optional) Called by the low-level driver to hand
 103                         a buffer of received bytes to the ldisc for
 104                         processing. The number of bytes is guaranteed not
 105                         to exceed the current value of tty->receive_room.
 106                         All bytes must be processed.
 107
 108 receive_buf2()          (optional) Called by the low-level driver to hand
 109                         a buffer of received bytes to the ldisc for
 110                         processing. Returns the number of bytes processed.
 111
 112                         If both receive_buf() and receive_buf2() are
 113                         defined, receive_buf2() should be preferred.
 114
 115 write_wakeup()          May be called at any point between open and close.
 116                         The TTY_DO_WRITE_WAKEUP flag indicates if a call
 117                         is needed but always races versus calls. Thus the
 118                         ldisc must be careful about setting order and to
 119                         handle unexpected calls. Must not sleep.
 120
 121                         The driver is forbidden from calling this directly
 122                         from the ->write call from the ldisc as the ldisc
 123                         is permitted to call the driver write method from
 124                         this function. In such a situation defer it.
 125
 126 dcd_change()            Report to the tty line the current DCD pin status
 127                         changes and the relative timestamp. The timestamp
 128                         cannot be NULL.
 129 ======================= =======================================================
 130
 131
 132 Driver Access
 133 ^^^^^^^^^^^^^
 134
 135 Line discipline methods can call the following methods of the underlying
 136 hardware driver through the function pointers within the tty->driver
 137 structure:
 138
 139 ======================= =======================================================
 140 write()                 Write a block of characters to the tty device.
 141                         Returns the number of characters accepted. The
 142                         character buffer passed to this method is already
 143                         in kernel space.
 144
 145 put_char()              Queues a character for writing to the tty device.
 146                         If there is no room in the queue, the character is
 147                         ignored.
 148
 149 flush_chars()           (Optional) If defined, must be called after
 150                         queueing characters with put_char() in order to
 151                         start transmission.
 152
 153 write_room()            Returns the numbers of characters the tty driver
 154                         will accept for queueing to be written.
 155
 156 ioctl()                 Invoke device specific ioctl.
 157                         Expects data pointers to refer to userspace.
 158                         Returns ENOIOCTLCMD for unrecognized ioctl numbers.
 159
 160 set_termios()           Notify the tty driver that the device's termios
 161                         settings have changed. New settings are in
 162                         tty->termios. Previous settings should be passed in
 163                         the "old" argument.
 164
 165                         The API is defined such that the driver should return
 166                         the actual modes selected. This means that the
 167                         driver function is responsible for modifying any
 168                         bits in the request it cannot fulfill to indicate
 169                         the actual modes being used. A device with no
 170                         hardware capability for change (e.g. a USB dongle or
 171                         virtual port) can provide NULL for this method.
 172
 173 throttle()              Notify the tty driver that input buffers for the
 174                         line discipline are close to full, and it should
 175                         somehow signal that no more characters should be
 176                         sent to the tty.
 177
 178 unthrottle()            Notify the tty driver that characters can now be
 179                         sent to the tty without fear of overrunning the
 180                         input buffers of the line disciplines.
 181
 182 stop()                  Ask the tty driver to stop outputting characters
 183                         to the tty device.
 184
 185 start()                 Ask the tty driver to resume sending characters
 186                         to the tty device.
 187
 188 hangup()                Ask the tty driver to hang up the tty device.
 189
 190 break_ctl()             (Optional) Ask the tty driver to turn on or off
 191                         BREAK status on the RS-232 port.  If state is -1,
 192                         then the BREAK status should be turned on; if
 193                         state is 0, then BREAK should be turned off.
 194                         If this routine is not implemented, use ioctls
 195                         TIOCSBRK / TIOCCBRK instead.
 196
 197 wait_until_sent()       Waits until the device has written out all of the
 198                         characters in its transmitter FIFO.
 199
 200 send_xchar()            Send a high-priority XON/XOFF character to the device.
 201 ======================= =======================================================
 202
 203
 204 Flags
 205 ^^^^^
 206
 207 Line discipline methods have access to tty->flags field containing the
 208 following interesting flags:
 209
 210 ======================= =======================================================
 211 TTY_THROTTLED           Driver input is throttled. The ldisc should call
 212                         tty->driver->unthrottle() in order to resume
 213                         reception when it is ready to process more data.
 214
 215 TTY_DO_WRITE_WAKEUP     If set, causes the driver to call the ldisc's
 216                         write_wakeup() method in order to resume
 217                         transmission when it can accept more data
 218                         to transmit.
 219
 220 TTY_IO_ERROR            If set, causes all subsequent userspace read/write
 221                         calls on the tty to fail, returning -EIO.
 222
 223 TTY_OTHER_CLOSED        Device is a pty and the other side has closed.
 224
 225 TTY_NO_WRITE_SPLIT      Prevent driver from splitting up writes into
 226                         smaller chunks.
 227 ======================= =======================================================
 228
 229
 230 Locking
 231 ^^^^^^^
 232
 233 Callers to the line discipline functions from the tty layer are required to
 234 take line discipline locks. The same is true of calls from the driver side
 235 but not yet enforced.
 236
 237 Three calls are now provided::
 238
 239         ldisc = tty_ldisc_ref(tty);
 240
 241 takes a handle to the line discipline in the tty and returns it. If no ldisc
 242 is currently attached or the ldisc is being closed and re-opened at this
 243 point then NULL is returned. While this handle is held the ldisc will not
 244 change or go away::
 245
 246         tty_ldisc_deref(ldisc)
 247
 248 Returns the ldisc reference and allows the ldisc to be closed. Returning the
 249 reference takes away your right to call the ldisc functions until you take
 250 a new reference::
 251
 252         ldisc = tty_ldisc_ref_wait(tty);
 253
 254 Performs the same function as tty_ldisc_ref except that it will wait for an
 255 ldisc change to complete and then return a reference to the new ldisc.
 256
 257 While these functions are slightly slower than the old code they should have
 258 minimal impact as most receive logic uses the flip buffers and they only
 259 need to take a reference when they push bits up through the driver.
 260
 261 A caution: The ldisc->open(), ldisc->close() and driver->set_ldisc
 262 functions are called with the ldisc unavailable. Thus tty_ldisc_ref will
 263 fail in this situation if used within these functions. Ldisc and driver
 264 code calling its own functions must be careful in this case.
 265
 266
 267 Driver Interface
 268 ----------------
 269
 270 ======================= =======================================================
 271 open()                  Called when a device is opened. May sleep
 272
 273 close()                 Called when a device is closed. At the point of
 274                         return from this call the driver must make no
 275                         further ldisc calls of any kind. May sleep
 276
 277 write()                 Called to write bytes to the device. May not
 278                         sleep. May occur in parallel in special cases.
 279                         Because this includes panic paths drivers generally
 280                         shouldn't try and do clever locking here.
 281
 282 put_char()              Stuff a single character onto the queue. The
 283                         driver is guaranteed following up calls to
 284                         flush_chars.
 285
 286 flush_chars()           Ask the kernel to write put_char queue
 287
 288 write_room()            Return the number of characters that can be stuffed
 289                         into the port buffers without overflow (or less).
 290                         The ldisc is responsible for being intelligent
 291                         about multi-threading of write_room/write calls
 292
 293 ioctl()                 Called when an ioctl may be for the driver
 294
 295 set_termios()           Called on termios change, serialized against
 296                         itself by a semaphore. May sleep.
 297
 298 set_ldisc()             Notifier for discipline change. At the point this
 299                         is done the discipline is not yet usable. Can now
 300                         sleep (I think)
 301
 302 throttle()              Called by the ldisc to ask the driver to do flow
 303                         control.  Serialization including with unthrottle
 304                         is the job of the ldisc layer.
 305
 306 unthrottle()            Called by the ldisc to ask the driver to stop flow
 307                         control.
 308
 309 stop()                  Ldisc notifier to the driver to stop output. As with
 310                         throttle the serializations with start() are down
 311                         to the ldisc layer.
 312
 313 start()                 Ldisc notifier to the driver to start output.
 314
 315 hangup()                Ask the tty driver to cause a hangup initiated
 316                         from the host side. [Can sleep ??]
 317
 318 break_ctl()             Send RS232 break. Can sleep. Can get called in
 319                         parallel, driver must serialize (for now), and
 320                         with write calls.
 321
 322 wait_until_sent()       Wait for characters to exit the hardware queue
 323                         of the driver. Can sleep
 324
 325 send_xchar()            Send XON/XOFF and if possible jump the queue with
 326                         it in order to get fast flow control responses.
 327                         Cannot sleep ??
 328 ======================= =======================================================