Merge tag 'acpi-6.3-rc1-2' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/rafael...
[linux-block.git] / Documentation / usb / gadget_configfs.rst
1 ============================================
2 Linux USB gadget configured through configfs
3 ============================================
4
5
6 25th April 2013
7
8
9
10
11 Overview
12 ========
13
14 A USB Linux Gadget is a device which has a UDC (USB Device Controller) and can
15 be connected to a USB Host to extend it with additional functions like a serial
16 port or a mass storage capability.
17
18 A gadget is seen by its host as a set of configurations, each of which contains
19 a number of interfaces which, from the gadget's perspective, are known as
20 functions, each function representing e.g. a serial connection or a SCSI disk.
21
22 Linux provides a number of functions for gadgets to use.
23
24 Creating a gadget means deciding what configurations there will be
25 and which functions each configuration will provide.
26
27 Configfs (please see `Documentation/filesystems/configfs.rst`) lends itself nicely
28 for the purpose of telling the kernel about the above mentioned decision.
29 This document is about how to do it.
30
31 It also describes how configfs integration into gadget is designed.
32
33
34
35
36 Requirements
37 ============
38
39 In order for this to work configfs must be available, so CONFIGFS_FS must be
40 'y' or 'm' in .config. As of this writing USB_LIBCOMPOSITE selects CONFIGFS_FS.
41
42
43
44
45 Usage
46 =====
47
48 (The original post describing the first function
49 made available through configfs can be seen here:
50 http://www.spinics.net/lists/linux-usb/msg76388.html)
51
52 ::
53
54         $ modprobe libcomposite
55         $ mount none $CONFIGFS_HOME -t configfs
56
57 where CONFIGFS_HOME is the mount point for configfs
58
59 1. Creating the gadgets
60 -----------------------
61
62 For each gadget to be created its corresponding directory must be created::
63
64         $ mkdir $CONFIGFS_HOME/usb_gadget/<gadget name>
65
66 e.g.::
67
68         $ mkdir $CONFIGFS_HOME/usb_gadget/g1
69
70         ...
71         ...
72         ...
73
74         $ cd $CONFIGFS_HOME/usb_gadget/g1
75
76 Each gadget needs to have its vendor id <VID> and product id <PID> specified::
77
78         $ echo <VID> > idVendor
79         $ echo <PID> > idProduct
80
81 A gadget also needs its serial number, manufacturer and product strings.
82 In order to have a place to store them, a strings subdirectory must be created
83 for each language, e.g.::
84
85         $ mkdir strings/0x409
86
87 Then the strings can be specified::
88
89         $ echo <serial number> > strings/0x409/serialnumber
90         $ echo <manufacturer> > strings/0x409/manufacturer
91         $ echo <product> > strings/0x409/product
92
93 Further custom string descriptors can be created as directories within the
94 language's directory, with the string text being written to the "s" attribute
95 within the string's directory:
96
97         $ mkdir strings/0x409/xu.0
98         $ echo <string text> > strings/0x409/xu.0/s
99
100 Where function drivers support it, functions may allow symlinks to these custom
101 string descriptors to associate those strings with class descriptors.
102
103 2. Creating the configurations
104 ------------------------------
105
106 Each gadget will consist of a number of configurations, their corresponding
107 directories must be created:
108
109 $ mkdir configs/<name>.<number>
110
111 where <name> can be any string which is legal in a filesystem and the
112 <number> is the configuration's number, e.g.::
113
114         $ mkdir configs/c.1
115
116         ...
117         ...
118         ...
119
120 Each configuration also needs its strings, so a subdirectory must be created
121 for each language, e.g.::
122
123         $ mkdir configs/c.1/strings/0x409
124
125 Then the configuration string can be specified::
126
127         $ echo <configuration> > configs/c.1/strings/0x409/configuration
128
129 Some attributes can also be set for a configuration, e.g.::
130
131         $ echo 120 > configs/c.1/MaxPower
132
133 3. Creating the functions
134 -------------------------
135
136 The gadget will provide some functions, for each function its corresponding
137 directory must be created::
138
139         $ mkdir functions/<name>.<instance name>
140
141 where <name> corresponds to one of allowed function names and instance name
142 is an arbitrary string allowed in a filesystem, e.g.::
143
144   $ mkdir functions/ncm.usb0 # usb_f_ncm.ko gets loaded with request_module()
145
146   ...
147   ...
148   ...
149
150 Each function provides its specific set of attributes, with either read-only
151 or read-write access. Where applicable they need to be written to as
152 appropriate.
153 Please refer to Documentation/ABI/testing/configfs-usb-gadget for more information.
154
155 4. Associating the functions with their configurations
156 ------------------------------------------------------
157
158 At this moment a number of gadgets is created, each of which has a number of
159 configurations specified and a number of functions available. What remains
160 is specifying which function is available in which configuration (the same
161 function can be used in multiple configurations). This is achieved with
162 creating symbolic links::
163
164         $ ln -s functions/<name>.<instance name> configs/<name>.<number>
165
166 e.g.::
167
168         $ ln -s functions/ncm.usb0 configs/c.1
169
170         ...
171         ...
172         ...
173
174 5. Enabling the gadget
175 ----------------------
176
177 All the above steps serve the purpose of composing the gadget of
178 configurations and functions.
179
180 An example directory structure might look like this::
181
182   .
183   ./strings
184   ./strings/0x409
185   ./strings/0x409/serialnumber
186   ./strings/0x409/product
187   ./strings/0x409/manufacturer
188   ./configs
189   ./configs/c.1
190   ./configs/c.1/ncm.usb0 -> ../../../../usb_gadget/g1/functions/ncm.usb0
191   ./configs/c.1/strings
192   ./configs/c.1/strings/0x409
193   ./configs/c.1/strings/0x409/configuration
194   ./configs/c.1/bmAttributes
195   ./configs/c.1/MaxPower
196   ./functions
197   ./functions/ncm.usb0
198   ./functions/ncm.usb0/ifname
199   ./functions/ncm.usb0/qmult
200   ./functions/ncm.usb0/host_addr
201   ./functions/ncm.usb0/dev_addr
202   ./UDC
203   ./bcdUSB
204   ./bcdDevice
205   ./idProduct
206   ./idVendor
207   ./bMaxPacketSize0
208   ./bDeviceProtocol
209   ./bDeviceSubClass
210   ./bDeviceClass
211
212
213 Such a gadget must be finally enabled so that the USB host can enumerate it.
214
215 In order to enable the gadget it must be bound to a UDC (USB Device
216 Controller)::
217
218         $ echo <udc name> > UDC
219
220 where <udc name> is one of those found in /sys/class/udc/*
221 e.g.::
222
223         $ echo s3c-hsotg > UDC
224
225
226 6. Disabling the gadget
227 -----------------------
228
229 ::
230
231         $ echo "" > UDC
232
233 7. Cleaning up
234 --------------
235
236 Remove functions from configurations::
237
238         $ rm configs/<config name>.<number>/<function>
239
240 where <config name>.<number> specify the configuration and <function> is
241 a symlink to a function being removed from the configuration, e.g.::
242
243         $ rm configs/c.1/ncm.usb0
244
245         ...
246         ...
247         ...
248
249 Remove strings directories in configurations:
250
251         $ rmdir configs/<config name>.<number>/strings/<lang>
252
253 e.g.::
254
255         $ rmdir configs/c.1/strings/0x409
256
257         ...
258         ...
259         ...
260
261 and remove the configurations::
262
263         $ rmdir configs/<config name>.<number>
264
265 e.g.::
266
267         rmdir configs/c.1
268
269         ...
270         ...
271         ...
272
273 Remove functions (function modules are not unloaded, though):
274
275         $ rmdir functions/<name>.<instance name>
276
277 e.g.::
278
279         $ rmdir functions/ncm.usb0
280
281         ...
282         ...
283         ...
284
285 Remove strings directories in the gadget::
286
287         $ rmdir strings/<lang>
288
289 e.g.::
290
291         $ rmdir strings/0x409
292
293 and finally remove the gadget::
294
295         $ cd ..
296         $ rmdir <gadget name>
297
298 e.g.::
299
300         $ rmdir g1
301
302
303
304
305 Implementation design
306 =====================
307
308 Below the idea of how configfs works is presented.
309 In configfs there are items and groups, both represented as directories.
310 The difference between an item and a group is that a group can contain
311 other groups. In the picture below only an item is shown.
312 Both items and groups can have attributes, which are represented as files.
313 The user can create and remove directories, but cannot remove files,
314 which can be read-only or read-write, depending on what they represent.
315
316 The filesystem part of configfs operates on config_items/groups and
317 configfs_attributes which are generic and of the same type for all
318 configured elements. However, they are embedded in usage-specific
319 larger structures. In the picture below there is a "cs" which contains
320 a config_item and an "sa" which contains a configfs_attribute.
321
322 The filesystem view would be like this::
323
324   ./
325   ./cs        (directory)
326      |
327      +--sa    (file)
328      |
329      .
330      .
331      .
332
333 Whenever a user reads/writes the "sa" file, a function is called
334 which accepts a struct config_item and a struct configfs_attribute.
335 In the said function the "cs" and "sa" are retrieved using the well
336 known container_of technique and an appropriate sa's function (show or
337 store) is called and passed the "cs" and a character buffer. The "show"
338 is for displaying the file's contents (copy data from the cs to the
339 buffer), while the "store" is for modifying the file's contents (copy data
340 from the buffer to the cs), but it is up to the implementer of the
341 two functions to decide what they actually do.
342
343 ::
344
345   typedef struct configured_structure cs;
346   typedef struct specific_attribute sa;
347
348                                          sa
349                          +----------------------------------+
350           cs             |  (*show)(cs *, buffer);          |
351   +-----------------+    |  (*store)(cs *, buffer, length); |
352   |                 |    |                                  |
353   | +-------------+ |    |       +------------------+       |
354   | | struct      |-|----|------>|struct            |       |
355   | | config_item | |    |       |configfs_attribute|       |
356   | +-------------+ |    |       +------------------+       |
357   |                 |    +----------------------------------+
358   | data to be set  |                .
359   |                 |                .
360   +-----------------+                .
361
362 The file names are decided by the config item/group designer, while
363 the directories in general can be named at will. A group can have
364 a number of its default sub-groups created automatically.
365
366 For more information on configfs please see
367 `Documentation/filesystems/configfs.rst`.
368
369 The concepts described above translate to USB gadgets like this:
370
371 1. A gadget has its config group, which has some attributes (idVendor,
372 idProduct etc) and default sub-groups (configs, functions, strings).
373 Writing to the attributes causes the information to be stored in
374 appropriate locations. In the configs, functions and strings sub-groups
375 a user can create their sub-groups to represent configurations, functions,
376 and groups of strings in a given language.
377
378 2. The user creates configurations and functions, in the configurations
379 creates symbolic links to functions. This information is used when the
380 gadget's UDC attribute is written to, which means binding the gadget
381 to the UDC. The code in drivers/usb/gadget/configfs.c iterates over
382 all configurations, and in each configuration it iterates over all
383 functions and binds them. This way the whole gadget is bound.
384
385 3. The file drivers/usb/gadget/configfs.c contains code for
386
387         - gadget's config_group
388         - gadget's default groups (configs, functions, strings)
389         - associating functions with configurations (symlinks)
390
391 4. Each USB function naturally has its own view of what it wants
392 configured, so config_groups for particular functions are defined
393 in the functions implementation files drivers/usb/gadget/f_*.c.
394
395 5. Function's code is written in such a way that it uses
396
397 usb_get_function_instance(), which, in turn, calls request_module.
398 So, provided that modprobe works, modules for particular functions
399 are loaded automatically. Please note that the converse is not true:
400 after a gadget is disabled and torn down, the modules remain loaded.