qed, qede, qedf: convert link mode from u32 to ETHTOOL_LINK_MODE
[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / cdrom / cdrom-standard.rst
1 =======================
2 A Linux CD-ROM standard
3 =======================
4
5 :Author: David van Leeuwen <david@ElseWare.cistron.nl>
6 :Date: 12 March 1999
7 :Updated by: Erik Andersen (andersee@debian.org)
8 :Updated by: Jens Axboe (axboe@image.dk)
9
10
11 Introduction
12 ============
13
14 Linux is probably the Unix-like operating system that supports
15 the widest variety of hardware devices. The reasons for this are
16 presumably
17
18 - The large list of hardware devices available for the many platforms
19   that Linux now supports (i.e., i386-PCs, Sparc Suns, etc.)
20 - The open design of the operating system, such that anybody can write a
21   driver for Linux.
22 - There is plenty of source code around as examples of how to write a driver.
23
24 The openness of Linux, and the many different types of available
25 hardware has allowed Linux to support many different hardware devices.
26 Unfortunately, the very openness that has allowed Linux to support
27 all these different devices has also allowed the behavior of each
28 device driver to differ significantly from one device to another.
29 This divergence of behavior has been very significant for CD-ROM
30 devices; the way a particular drive reacts to a `standard` *ioctl()*
31 call varies greatly from one device driver to another. To avoid making
32 their drivers totally inconsistent, the writers of Linux CD-ROM
33 drivers generally created new device drivers by understanding, copying,
34 and then changing an existing one. Unfortunately, this practice did not
35 maintain uniform behavior across all the Linux CD-ROM drivers.
36
37 This document describes an effort to establish Uniform behavior across
38 all the different CD-ROM device drivers for Linux. This document also
39 defines the various *ioctl()'s*, and how the low-level CD-ROM device
40 drivers should implement them. Currently (as of the Linux 2.1.\ *x*
41 development kernels) several low-level CD-ROM device drivers, including
42 both IDE/ATAPI and SCSI, now use this Uniform interface.
43
44 When the CD-ROM was developed, the interface between the CD-ROM drive
45 and the computer was not specified in the standards. As a result, many
46 different CD-ROM interfaces were developed. Some of them had their
47 own proprietary design (Sony, Mitsumi, Panasonic, Philips), other
48 manufacturers adopted an existing electrical interface and changed
49 the functionality (CreativeLabs/SoundBlaster, Teac, Funai) or simply
50 adapted their drives to one or more of the already existing electrical
51 interfaces (Aztech, Sanyo, Funai, Vertos, Longshine, Optics Storage and
52 most of the `NoName` manufacturers). In cases where a new drive really
53 brought its own interface or used its own command set and flow control
54 scheme, either a separate driver had to be written, or an existing
55 driver had to be enhanced. History has delivered us CD-ROM support for
56 many of these different interfaces. Nowadays, almost all new CD-ROM
57 drives are either IDE/ATAPI or SCSI, and it is very unlikely that any
58 manufacturer will create a new interface. Even finding drives for the
59 old proprietary interfaces is getting difficult.
60
61 When (in the 1.3.70's) I looked at the existing software interface,
62 which was expressed through `cdrom.h`, it appeared to be a rather wild
63 set of commands and data formats [#f1]_. It seemed that many
64 features of the software interface had been added to accommodate the
65 capabilities of a particular drive, in an *ad hoc* manner. More
66 importantly, it appeared that the behavior of the `standard` commands
67 was different for most of the different drivers: e. g., some drivers
68 close the tray if an *open()* call occurs when the tray is open, while
69 others do not. Some drivers lock the door upon opening the device, to
70 prevent an incoherent file system, but others don't, to allow software
71 ejection. Undoubtedly, the capabilities of the different drives vary,
72 but even when two drives have the same capability their drivers'
73 behavior was usually different.
74
75 .. [#f1]
76    I cannot recollect what kernel version I looked at, then,
77    presumably 1.2.13 and 1.3.34 --- the latest kernel that I was
78    indirectly involved in.
79
80 I decided to start a discussion on how to make all the Linux CD-ROM
81 drivers behave more uniformly. I began by contacting the developers of
82 the many CD-ROM drivers found in the Linux kernel. Their reactions
83 encouraged me to write the Uniform CD-ROM Driver which this document is
84 intended to describe. The implementation of the Uniform CD-ROM Driver is
85 in the file `cdrom.c`. This driver is intended to be an additional software
86 layer that sits on top of the low-level device drivers for each CD-ROM drive.
87 By adding this additional layer, it is possible to have all the different
88 CD-ROM devices behave **exactly** the same (insofar as the underlying
89 hardware will allow).
90
91 The goal of the Uniform CD-ROM Driver is **not** to alienate driver developers
92 whohave not yet taken steps to support this effort. The goal of Uniform CD-ROM
93 Driver is simply to give people writing application programs for CD-ROM drives
94 **one** Linux CD-ROM interface with consistent behavior for all
95 CD-ROM devices. In addition, this also provides a consistent interface
96 between the low-level device driver code and the Linux kernel. Care
97 is taken that 100% compatibility exists with the data structures and
98 programmer's interface defined in `cdrom.h`. This guide was written to
99 help CD-ROM driver developers adapt their code to use the Uniform CD-ROM
100 Driver code defined in `cdrom.c`.
101
102 Personally, I think that the most important hardware interfaces are
103 the IDE/ATAPI drives and, of course, the SCSI drives, but as prices
104 of hardware drop continuously, it is also likely that people may have
105 more than one CD-ROM drive, possibly of mixed types. It is important
106 that these drives behave in the same way. In December 1994, one of the
107 cheapest CD-ROM drives was a Philips cm206, a double-speed proprietary
108 drive. In the months that I was busy writing a Linux driver for it,
109 proprietary drives became obsolete and IDE/ATAPI drives became the
110 standard. At the time of the last update to this document (November
111 1997) it is becoming difficult to even **find** anything less than a
112 16 speed CD-ROM drive, and 24 speed drives are common.
113
114 .. _cdrom_api:
115
116 Standardizing through another software level
117 ============================================
118
119 At the time this document was conceived, all drivers directly
120 implemented the CD-ROM *ioctl()* calls through their own routines. This
121 led to the danger of different drivers forgetting to do important things
122 like checking that the user was giving the driver valid data. More
123 importantly, this led to the divergence of behavior, which has already
124 been discussed.
125
126 For this reason, the Uniform CD-ROM Driver was created to enforce consistent
127 CD-ROM drive behavior, and to provide a common set of services to the various
128 low-level CD-ROM device drivers. The Uniform CD-ROM Driver now provides another
129 software-level, that separates the *ioctl()* and *open()* implementation
130 from the actual hardware implementation. Note that this effort has
131 made few changes which will affect a user's application programs. The
132 greatest change involved moving the contents of the various low-level
133 CD-ROM drivers\' header files to the kernel's cdrom directory. This was
134 done to help ensure that the user is only presented with only one cdrom
135 interface, the interface defined in `cdrom.h`.
136
137 CD-ROM drives are specific enough (i. e., different from other
138 block-devices such as floppy or hard disc drives), to define a set
139 of common **CD-ROM device operations**, *<cdrom-device>_dops*.
140 These operations are different from the classical block-device file
141 operations, *<block-device>_fops*.
142
143 The routines for the Uniform CD-ROM Driver interface level are implemented
144 in the file `cdrom.c`. In this file, the Uniform CD-ROM Driver interfaces
145 with the kernel as a block device by registering the following general
146 *struct file_operations*::
147
148         struct file_operations cdrom_fops = {
149                 NULL,                   /∗ lseek ∗/
150                 block _read ,           /∗ read—general block-dev read ∗/
151                 block _write,           /∗ write—general block-dev write ∗/
152                 NULL,                   /∗ readdir ∗/
153                 NULL,                   /∗ select ∗/
154                 cdrom_ioctl,            /∗ ioctl ∗/
155                 NULL,                   /∗ mmap ∗/
156                 cdrom_open,             /∗ open ∗/
157                 cdrom_release,          /∗ release ∗/
158                 NULL,                   /∗ fsync ∗/
159                 NULL,                   /∗ fasync ∗/
160                 cdrom_media_changed,    /∗ media change ∗/
161                 NULL                    /∗ revalidate ∗/
162         };
163
164 Every active CD-ROM device shares this *struct*. The routines
165 declared above are all implemented in `cdrom.c`, since this file is the
166 place where the behavior of all CD-ROM-devices is defined and
167 standardized. The actual interface to the various types of CD-ROM
168 hardware is still performed by various low-level CD-ROM-device
169 drivers. These routines simply implement certain **capabilities**
170 that are common to all CD-ROM (and really, all removable-media
171 devices).
172
173 Registration of a low-level CD-ROM device driver is now done through
174 the general routines in `cdrom.c`, not through the Virtual File System
175 (VFS) any more. The interface implemented in `cdrom.c` is carried out
176 through two general structures that contain information about the
177 capabilities of the driver, and the specific drives on which the
178 driver operates. The structures are:
179
180 cdrom_device_ops
181   This structure contains information about the low-level driver for a
182   CD-ROM device. This structure is conceptually connected to the major
183   number of the device (although some drivers may have different
184   major numbers, as is the case for the IDE driver).
185
186 cdrom_device_info
187   This structure contains information about a particular CD-ROM drive,
188   such as its device name, speed, etc. This structure is conceptually
189   connected to the minor number of the device.
190
191 Registering a particular CD-ROM drive with the Uniform CD-ROM Driver
192 is done by the low-level device driver though a call to::
193
194         register_cdrom(struct cdrom_device_info * <device>_info)
195
196 The device information structure, *<device>_info*, contains all the
197 information needed for the kernel to interface with the low-level
198 CD-ROM device driver. One of the most important entries in this
199 structure is a pointer to the *cdrom_device_ops* structure of the
200 low-level driver.
201
202 The device operations structure, *cdrom_device_ops*, contains a list
203 of pointers to the functions which are implemented in the low-level
204 device driver. When `cdrom.c` accesses a CD-ROM device, it does it
205 through the functions in this structure. It is impossible to know all
206 the capabilities of future CD-ROM drives, so it is expected that this
207 list may need to be expanded from time to time as new technologies are
208 developed. For example, CD-R and CD-R/W drives are beginning to become
209 popular, and support will soon need to be added for them. For now, the
210 current *struct* is::
211
212         struct cdrom_device_ops {
213                 int (*open)(struct cdrom_device_info *, int)
214                 void (*release)(struct cdrom_device_info *);
215                 int (*drive_status)(struct cdrom_device_info *, int);
216                 unsigned int (*check_events)(struct cdrom_device_info *,
217                                              unsigned int, int);
218                 int (*media_changed)(struct cdrom_device_info *, int);
219                 int (*tray_move)(struct cdrom_device_info *, int);
220                 int (*lock_door)(struct cdrom_device_info *, int);
221                 int (*select_speed)(struct cdrom_device_info *, int);
222                 int (*select_disc)(struct cdrom_device_info *, int);
223                 int (*get_last_session) (struct cdrom_device_info *,
224                                          struct cdrom_multisession *);
225                 int (*get_mcn)(struct cdrom_device_info *, struct cdrom_mcn *);
226                 int (*reset)(struct cdrom_device_info *);
227                 int (*audio_ioctl)(struct cdrom_device_info *,
228                                    unsigned int, void *);
229                 const int capability;           /* capability flags */
230                 int (*generic_packet)(struct cdrom_device_info *,
231                                       struct packet_command *);
232         };
233
234 When a low-level device driver implements one of these capabilities,
235 it should add a function pointer to this *struct*. When a particular
236 function is not implemented, however, this *struct* should contain a
237 NULL instead. The *capability* flags specify the capabilities of the
238 CD-ROM hardware and/or low-level CD-ROM driver when a CD-ROM drive
239 is registered with the Uniform CD-ROM Driver.
240
241 Note that most functions have fewer parameters than their
242 *blkdev_fops* counterparts. This is because very little of the
243 information in the structures *inode* and *file* is used. For most
244 drivers, the main parameter is the *struct* *cdrom_device_info*, from
245 which the major and minor number can be extracted. (Most low-level
246 CD-ROM drivers don't even look at the major and minor number though,
247 since many of them only support one device.) This will be available
248 through *dev* in *cdrom_device_info* described below.
249
250 The drive-specific, minor-like information that is registered with
251 `cdrom.c`, currently contains the following fields::
252
253   struct cdrom_device_info {
254         const struct cdrom_device_ops * ops;    /* device operations for this major */
255         struct list_head list;                  /* linked list of all device_info */
256         struct gendisk * disk;                  /* matching block layer disk */
257         void *  handle;                         /* driver-dependent data */
258
259         int mask;                               /* mask of capability: disables them */
260         int speed;                              /* maximum speed for reading data */
261         int capacity;                           /* number of discs in a jukebox */
262
263         unsigned int options:30;                /* options flags */
264         unsigned mc_flags:2;                    /*  media-change buffer flags */
265         unsigned int vfs_events;                /*  cached events for vfs path */
266         unsigned int ioctl_events;              /*  cached events for ioctl path */
267         int use_count;                          /*  number of times device is opened */
268         char name[20];                          /*  name of the device type */
269
270         __u8 sanyo_slot : 2;                    /*  Sanyo 3-CD changer support */
271         __u8 keeplocked : 1;                    /*  CDROM_LOCKDOOR status */
272         __u8 reserved : 5;                      /*  not used yet */
273         int cdda_method;                        /*  see CDDA_* flags */
274         __u8 last_sense;                        /*  saves last sense key */
275         __u8 media_written;                     /*  dirty flag, DVD+RW bookkeeping */
276         unsigned short mmc3_profile;            /*  current MMC3 profile */
277         int for_data;                           /*  unknown:TBD */
278         int (*exit)(struct cdrom_device_info *);/*  unknown:TBD */
279         int mrw_mode_page;                      /*  which MRW mode page is in use */
280   };
281
282 Using this *struct*, a linked list of the registered minor devices is
283 built, using the *next* field. The device number, the device operations
284 struct and specifications of properties of the drive are stored in this
285 structure.
286
287 The *mask* flags can be used to mask out some of the capabilities listed
288 in *ops->capability*, if a specific drive doesn't support a feature
289 of the driver. The value *speed* specifies the maximum head-rate of the
290 drive, measured in units of normal audio speed (176kB/sec raw data or
291 150kB/sec file system data). The parameters are declared *const*
292 because they describe properties of the drive, which don't change after
293 registration.
294
295 A few registers contain variables local to the CD-ROM drive. The
296 flags *options* are used to specify how the general CD-ROM routines
297 should behave. These various flags registers should provide enough
298 flexibility to adapt to the different users' wishes (and **not** the
299 `arbitrary` wishes of the author of the low-level device driver, as is
300 the case in the old scheme). The register *mc_flags* is used to buffer
301 the information from *media_changed()* to two separate queues. Other
302 data that is specific to a minor drive, can be accessed through *handle*,
303 which can point to a data structure specific to the low-level driver.
304 The fields *use_count*, *next*, *options* and *mc_flags* need not be
305 initialized.
306
307 The intermediate software layer that `cdrom.c` forms will perform some
308 additional bookkeeping. The use count of the device (the number of
309 processes that have the device opened) is registered in *use_count*. The
310 function *cdrom_ioctl()* will verify the appropriate user-memory regions
311 for read and write, and in case a location on the CD is transferred,
312 it will `sanitize` the format by making requests to the low-level
313 drivers in a standard format, and translating all formats between the
314 user-software and low level drivers. This relieves much of the drivers'
315 memory checking and format checking and translation. Also, the necessary
316 structures will be declared on the program stack.
317
318 The implementation of the functions should be as defined in the
319 following sections. Two functions **must** be implemented, namely
320 *open()* and *release()*. Other functions may be omitted, their
321 corresponding capability flags will be cleared upon registration.
322 Generally, a function returns zero on success and negative on error. A
323 function call should return only after the command has completed, but of
324 course waiting for the device should not use processor time.
325
326 ::
327
328         int open(struct cdrom_device_info *cdi, int purpose)
329
330 *Open()* should try to open the device for a specific *purpose*, which
331 can be either:
332
333 - Open for reading data, as done by `mount()` (2), or the
334   user commands `dd` or `cat`.
335 - Open for *ioctl* commands, as done by audio-CD playing programs.
336
337 Notice that any strategic code (closing tray upon *open()*, etc.) is
338 done by the calling routine in `cdrom.c`, so the low-level routine
339 should only be concerned with proper initialization, such as spinning
340 up the disc, etc.
341
342 ::
343
344         void release(struct cdrom_device_info *cdi)
345
346 Device-specific actions should be taken such as spinning down the device.
347 However, strategic actions such as ejection of the tray, or unlocking
348 the door, should be left over to the general routine *cdrom_release()*.
349 This is the only function returning type *void*.
350
351 .. _cdrom_drive_status:
352
353 ::
354
355         int drive_status(struct cdrom_device_info *cdi, int slot_nr)
356
357 The function *drive_status*, if implemented, should provide
358 information on the status of the drive (not the status of the disc,
359 which may or may not be in the drive). If the drive is not a changer,
360 *slot_nr* should be ignored. In `cdrom.h` the possibilities are listed::
361
362
363         CDS_NO_INFO             /* no information available */
364         CDS_NO_DISC             /* no disc is inserted, tray is closed */
365         CDS_TRAY_OPEN           /* tray is opened */
366         CDS_DRIVE_NOT_READY     /* something is wrong, tray is moving? */
367         CDS_DISC_OK             /* a disc is loaded and everything is fine */
368
369 ::
370
371         int media_changed(struct cdrom_device_info *cdi, int disc_nr)
372
373 This function is very similar to the original function in $struct
374 file_operations*. It returns 1 if the medium of the device *cdi->dev*
375 has changed since the last call, and 0 otherwise. The parameter
376 *disc_nr* identifies a specific slot in a juke-box, it should be
377 ignored for single-disc drives. Note that by `re-routing` this
378 function through *cdrom_media_changed()*, we can implement separate
379 queues for the VFS and a new *ioctl()* function that can report device
380 changes to software (e. g., an auto-mounting daemon).
381
382 ::
383
384         int tray_move(struct cdrom_device_info *cdi, int position)
385
386 This function, if implemented, should control the tray movement. (No
387 other function should control this.) The parameter *position* controls
388 the desired direction of movement:
389
390 - 0 Close tray
391 - 1 Open tray
392
393 This function returns 0 upon success, and a non-zero value upon
394 error. Note that if the tray is already in the desired position, no
395 action need be taken, and the return value should be 0.
396
397 ::
398
399         int lock_door(struct cdrom_device_info *cdi, int lock)
400
401 This function (and no other code) controls locking of the door, if the
402 drive allows this. The value of *lock* controls the desired locking
403 state:
404
405 - 0 Unlock door, manual opening is allowed
406 - 1 Lock door, tray cannot be ejected manually
407
408 This function returns 0 upon success, and a non-zero value upon
409 error. Note that if the door is already in the requested state, no
410 action need be taken, and the return value should be 0.
411
412 ::
413
414         int select_speed(struct cdrom_device_info *cdi, int speed)
415
416 Some CD-ROM drives are capable of changing their head-speed. There
417 are several reasons for changing the speed of a CD-ROM drive. Badly
418 pressed CD-ROM s may benefit from less-than-maximum head rate. Modern
419 CD-ROM drives can obtain very high head rates (up to *24x* is
420 common). It has been reported that these drives can make reading
421 errors at these high speeds, reducing the speed can prevent data loss
422 in these circumstances. Finally, some of these drives can
423 make an annoyingly loud noise, which a lower speed may reduce.
424
425 This function specifies the speed at which data is read or audio is
426 played back. The value of *speed* specifies the head-speed of the
427 drive, measured in units of standard cdrom speed (176kB/sec raw data
428 or 150kB/sec file system data). So to request that a CD-ROM drive
429 operate at 300kB/sec you would call the CDROM_SELECT_SPEED *ioctl*
430 with *speed=2*. The special value `0` means `auto-selection`, i. e.,
431 maximum data-rate or real-time audio rate. If the drive doesn't have
432 this `auto-selection` capability, the decision should be made on the
433 current disc loaded and the return value should be positive. A negative
434 return value indicates an error.
435
436 ::
437
438         int select_disc(struct cdrom_device_info *cdi, int number)
439
440 If the drive can store multiple discs (a juke-box) this function
441 will perform disc selection. It should return the number of the
442 selected disc on success, a negative value on error. Currently, only
443 the ide-cd driver supports this functionality.
444
445 ::
446
447         int get_last_session(struct cdrom_device_info *cdi,
448                              struct cdrom_multisession *ms_info)
449
450 This function should implement the old corresponding *ioctl()*. For
451 device *cdi->dev*, the start of the last session of the current disc
452 should be returned in the pointer argument *ms_info*. Note that
453 routines in `cdrom.c` have sanitized this argument: its requested
454 format will **always** be of the type *CDROM_LBA* (linear block
455 addressing mode), whatever the calling software requested. But
456 sanitization goes even further: the low-level implementation may
457 return the requested information in *CDROM_MSF* format if it wishes so
458 (setting the *ms_info->addr_format* field appropriately, of
459 course) and the routines in `cdrom.c` will make the transformation if
460 necessary. The return value is 0 upon success.
461
462 ::
463
464         int get_mcn(struct cdrom_device_info *cdi,
465                     struct cdrom_mcn *mcn)
466
467 Some discs carry a `Media Catalog Number` (MCN), also called
468 `Universal Product Code` (UPC). This number should reflect the number
469 that is generally found in the bar-code on the product. Unfortunately,
470 the few discs that carry such a number on the disc don't even use the
471 same format. The return argument to this function is a pointer to a
472 pre-declared memory region of type *struct cdrom_mcn*. The MCN is
473 expected as a 13-character string, terminated by a null-character.
474
475 ::
476
477         int reset(struct cdrom_device_info *cdi)
478
479 This call should perform a hard-reset on the drive (although in
480 circumstances that a hard-reset is necessary, a drive may very well not
481 listen to commands anymore). Preferably, control is returned to the
482 caller only after the drive has finished resetting. If the drive is no
483 longer listening, it may be wise for the underlying low-level cdrom
484 driver to time out.
485
486 ::
487
488         int audio_ioctl(struct cdrom_device_info *cdi,
489                         unsigned int cmd, void *arg)
490
491 Some of the CD-ROM-\ *ioctl()*\ 's defined in `cdrom.h` can be
492 implemented by the routines described above, and hence the function
493 *cdrom_ioctl* will use those. However, most *ioctl()*\ 's deal with
494 audio-control. We have decided to leave these to be accessed through a
495 single function, repeating the arguments *cmd* and *arg*. Note that
496 the latter is of type *void*, rather than *unsigned long int*.
497 The routine *cdrom_ioctl()* does do some useful things,
498 though. It sanitizes the address format type to *CDROM_MSF* (Minutes,
499 Seconds, Frames) for all audio calls. It also verifies the memory
500 location of *arg*, and reserves stack-memory for the argument. This
501 makes implementation of the *audio_ioctl()* much simpler than in the
502 old driver scheme. For example, you may look up the function
503 *cm206_audio_ioctl()* `cm206.c` that should be updated with
504 this documentation.
505
506 An unimplemented ioctl should return *-ENOSYS*, but a harmless request
507 (e. g., *CDROMSTART*) may be ignored by returning 0 (success). Other
508 errors should be according to the standards, whatever they are. When
509 an error is returned by the low-level driver, the Uniform CD-ROM Driver
510 tries whenever possible to return the error code to the calling program.
511 (We may decide to sanitize the return value in *cdrom_ioctl()* though, in
512 order to guarantee a uniform interface to the audio-player software.)
513
514 ::
515
516         int dev_ioctl(struct cdrom_device_info *cdi,
517                       unsigned int cmd, unsigned long arg)
518
519 Some *ioctl()'s* seem to be specific to certain CD-ROM drives. That is,
520 they are introduced to service some capabilities of certain drives. In
521 fact, there are 6 different *ioctl()'s* for reading data, either in some
522 particular kind of format, or audio data. Not many drives support
523 reading audio tracks as data, I believe this is because of protection
524 of copyrights of artists. Moreover, I think that if audio-tracks are
525 supported, it should be done through the VFS and not via *ioctl()'s*. A
526 problem here could be the fact that audio-frames are 2352 bytes long,
527 so either the audio-file-system should ask for 75264 bytes at once
528 (the least common multiple of 512 and 2352), or the drivers should
529 bend their backs to cope with this incoherence (to which I would be
530 opposed). Furthermore, it is very difficult for the hardware to find
531 the exact frame boundaries, since there are no synchronization headers
532 in audio frames. Once these issues are resolved, this code should be
533 standardized in `cdrom.c`.
534
535 Because there are so many *ioctl()'s* that seem to be introduced to
536 satisfy certain drivers [#f2]_, any non-standard *ioctl()*\ s
537 are routed through the call *dev_ioctl()*. In principle, `private`
538 *ioctl()*\ 's should be numbered after the device's major number, and not
539 the general CD-ROM *ioctl* number, `0x53`. Currently the
540 non-supported *ioctl()'s* are:
541
542         CDROMREADMODE1, CDROMREADMODE2, CDROMREADAUDIO, CDROMREADRAW,
543         CDROMREADCOOKED, CDROMSEEK, CDROMPLAY-BLK and CDROM-READALL
544
545 .. [#f2]
546
547    Is there software around that actually uses these? I'd be interested!
548
549 .. _cdrom_capabilities:
550
551 CD-ROM capabilities
552 -------------------
553
554 Instead of just implementing some *ioctl* calls, the interface in
555 `cdrom.c` supplies the possibility to indicate the **capabilities**
556 of a CD-ROM drive. This can be done by ORing any number of
557 capability-constants that are defined in `cdrom.h` at the registration
558 phase. Currently, the capabilities are any of::
559
560         CDC_CLOSE_TRAY          /* can close tray by software control */
561         CDC_OPEN_TRAY           /* can open tray */
562         CDC_LOCK                /* can lock and unlock the door */
563         CDC_SELECT_SPEED        /* can select speed, in units of * sim*150 ,kB/s */
564         CDC_SELECT_DISC         /* drive is juke-box */
565         CDC_MULTI_SESSION       /* can read sessions *> rm1* */
566         CDC_MCN                 /* can read Media Catalog Number */
567         CDC_MEDIA_CHANGED       /* can report if disc has changed */
568         CDC_PLAY_AUDIO          /* can perform audio-functions (play, pause, etc) */
569         CDC_RESET               /* hard reset device */
570         CDC_IOCTLS              /* driver has non-standard ioctls */
571         CDC_DRIVE_STATUS        /* driver implements drive status */
572
573 The capability flag is declared *const*, to prevent drivers from
574 accidentally tampering with the contents. The capability fags actually
575 inform `cdrom.c` of what the driver can do. If the drive found
576 by the driver does not have the capability, is can be masked out by
577 the *cdrom_device_info* variable *mask*. For instance, the SCSI CD-ROM
578 driver has implemented the code for loading and ejecting CD-ROM's, and
579 hence its corresponding flags in *capability* will be set. But a SCSI
580 CD-ROM drive might be a caddy system, which can't load the tray, and
581 hence for this drive the *cdrom_device_info* struct will have set
582 the *CDC_CLOSE_TRAY* bit in *mask*.
583
584 In the file `cdrom.c` you will encounter many constructions of the type::
585
586         if (cdo->capability & ∼cdi->mask & CDC _⟨capability⟩) ...
587
588 There is no *ioctl* to set the mask... The reason is that
589 I think it is better to control the **behavior** rather than the
590 **capabilities**.
591
592 Options
593 -------
594
595 A final flag register controls the **behavior** of the CD-ROM
596 drives, in order to satisfy different users' wishes, hopefully
597 independently of the ideas of the respective author who happened to
598 have made the drive's support available to the Linux community. The
599 current behavior options are::
600
601         CDO_AUTO_CLOSE  /* try to close tray upon device open() */
602         CDO_AUTO_EJECT  /* try to open tray on last device close() */
603         CDO_USE_FFLAGS  /* use file_pointer->f_flags to indicate purpose for open() */
604         CDO_LOCK        /* try to lock door if device is opened */
605         CDO_CHECK_TYPE  /* ensure disc type is data if opened for data */
606
607 The initial value of this register is
608 `CDO_AUTO_CLOSE | CDO_USE_FFLAGS | CDO_LOCK`, reflecting my own view on user
609 interface and software standards. Before you protest, there are two
610 new *ioctl()'s* implemented in `cdrom.c`, that allow you to control the
611 behavior by software. These are::
612
613         CDROM_SET_OPTIONS       /* set options specified in (int)arg */
614         CDROM_CLEAR_OPTIONS     /* clear options specified in (int)arg */
615
616 One option needs some more explanation: *CDO_USE_FFLAGS*. In the next
617 newsection we explain what the need for this option is.
618
619 A software package `setcd`, available from the Debian distribution
620 and `sunsite.unc.edu`, allows user level control of these flags.
621
622
623 The need to know the purpose of opening the CD-ROM device
624 =========================================================
625
626 Traditionally, Unix devices can be used in two different `modes`,
627 either by reading/writing to the device file, or by issuing
628 controlling commands to the device, by the device's *ioctl()*
629 call. The problem with CD-ROM drives, is that they can be used for
630 two entirely different purposes. One is to mount removable
631 file systems, CD-ROM's, the other is to play audio CD's. Audio commands
632 are implemented entirely through *ioctl()\'s*, presumably because the
633 first implementation (SUN?) has been such. In principle there is
634 nothing wrong with this, but a good control of the `CD player` demands
635 that the device can **always** be opened in order to give the
636 *ioctl* commands, regardless of the state the drive is in.
637
638 On the other hand, when used as a removable-media disc drive (what the
639 original purpose of CD-ROM s is) we would like to make sure that the
640 disc drive is ready for operation upon opening the device. In the old
641 scheme, some CD-ROM drivers don't do any integrity checking, resulting
642 in a number of i/o errors reported by the VFS to the kernel when an
643 attempt for mounting a CD-ROM on an empty drive occurs. This is not a
644 particularly elegant way to find out that there is no CD-ROM inserted;
645 it more-or-less looks like the old IBM-PC trying to read an empty floppy
646 drive for a couple of seconds, after which the system complains it
647 can't read from it. Nowadays we can **sense** the existence of a
648 removable medium in a drive, and we believe we should exploit that
649 fact. An integrity check on opening of the device, that verifies the
650 availability of a CD-ROM and its correct type (data), would be
651 desirable.
652
653 These two ways of using a CD-ROM drive, principally for data and
654 secondarily for playing audio discs, have different demands for the
655 behavior of the *open()* call. Audio use simply wants to open the
656 device in order to get a file handle which is needed for issuing
657 *ioctl* commands, while data use wants to open for correct and
658 reliable data transfer. The only way user programs can indicate what
659 their *purpose* of opening the device is, is through the *flags*
660 parameter (see `open(2)`). For CD-ROM devices, these flags aren't
661 implemented (some drivers implement checking for write-related flags,
662 but this is not strictly necessary if the device file has correct
663 permission flags). Most option flags simply don't make sense to
664 CD-ROM devices: *O_CREAT*, *O_NOCTTY*, *O_TRUNC*, *O_APPEND*, and
665 *O_SYNC* have no meaning to a CD-ROM.
666
667 We therefore propose to use the flag *O_NONBLOCK* to indicate
668 that the device is opened just for issuing *ioctl*
669 commands. Strictly, the meaning of *O_NONBLOCK* is that opening and
670 subsequent calls to the device don't cause the calling process to
671 wait. We could interpret this as don't wait until someone has
672 inserted some valid data-CD-ROM. Thus, our proposal of the
673 implementation for the *open()* call for CD-ROM s is:
674
675 - If no other flags are set than *O_RDONLY*, the device is opened
676   for data transfer, and the return value will be 0 only upon successful
677   initialization of the transfer. The call may even induce some actions
678   on the CD-ROM, such as closing the tray.
679 - If the option flag *O_NONBLOCK* is set, opening will always be
680   successful, unless the whole device doesn't exist. The drive will take
681   no actions whatsoever.
682
683 And what about standards?
684 -------------------------
685
686 You might hesitate to accept this proposal as it comes from the
687 Linux community, and not from some standardizing institute. What
688 about SUN, SGI, HP and all those other Unix and hardware vendors?
689 Well, these companies are in the lucky position that they generally
690 control both the hardware and software of their supported products,
691 and are large enough to set their own standard. They do not have to
692 deal with a dozen or more different, competing hardware
693 configurations\ [#f3]_.
694
695 .. [#f3]
696
697    Incidentally, I think that SUN's approach to mounting CD-ROM s is very
698    good in origin: under Solaris a volume-daemon automatically mounts a
699    newly inserted CD-ROM under `/cdrom/*<volume-name>*`.
700
701    In my opinion they should have pushed this
702    further and have **every** CD-ROM on the local area network be
703    mounted at the similar location, i. e., no matter in which particular
704    machine you insert a CD-ROM, it will always appear at the same
705    position in the directory tree, on every system. When I wanted to
706    implement such a user-program for Linux, I came across the
707    differences in behavior of the various drivers, and the need for an
708    *ioctl* informing about media changes.
709
710 We believe that using *O_NONBLOCK* to indicate that a device is being opened
711 for *ioctl* commands only can be easily introduced in the Linux
712 community. All the CD-player authors will have to be informed, we can
713 even send in our own patches to the programs. The use of *O_NONBLOCK*
714 has most likely no influence on the behavior of the CD-players on
715 other operating systems than Linux. Finally, a user can always revert
716 to old behavior by a call to
717 *ioctl(file_descriptor, CDROM_CLEAR_OPTIONS, CDO_USE_FFLAGS)*.
718
719 The preferred strategy of *open()*
720 ----------------------------------
721
722 The routines in `cdrom.c` are designed in such a way that run-time
723 configuration of the behavior of CD-ROM devices (of **any** type)
724 can be carried out, by the *CDROM_SET/CLEAR_OPTIONS* *ioctls*. Thus, various
725 modes of operation can be set:
726
727 `CDO_AUTO_CLOSE | CDO_USE_FFLAGS | CDO_LOCK`
728    This is the default setting. (With *CDO_CHECK_TYPE* it will be better, in
729    the future.) If the device is not yet opened by any other process, and if
730    the device is being opened for data (*O_NONBLOCK* is not set) and the
731    tray is found to be open, an attempt to close the tray is made. Then,
732    it is verified that a disc is in the drive and, if *CDO_CHECK_TYPE* is
733    set, that it contains tracks of type `data mode 1`. Only if all tests
734    are passed is the return value zero. The door is locked to prevent file
735    system corruption. If the drive is opened for audio (*O_NONBLOCK* is
736    set), no actions are taken and a value of 0 will be returned.
737
738 `CDO_AUTO_CLOSE | CDO_AUTO_EJECT | CDO_LOCK`
739    This mimics the behavior of the current sbpcd-driver. The option flags are
740    ignored, the tray is closed on the first open, if necessary. Similarly,
741    the tray is opened on the last release, i. e., if a CD-ROM is unmounted,
742    it is automatically ejected, such that the user can replace it.
743
744 We hope that these option can convince everybody (both driver
745 maintainers and user program developers) to adopt the new CD-ROM
746 driver scheme and option flag interpretation.
747
748 Description of routines in `cdrom.c`
749 ====================================
750
751 Only a few routines in `cdrom.c` are exported to the drivers. In this
752 new section we will discuss these, as well as the functions that `take
753 over' the CD-ROM interface to the kernel. The header file belonging
754 to `cdrom.c` is called `cdrom.h`. Formerly, some of the contents of this
755 file were placed in the file `ucdrom.h`, but this file has now been
756 merged back into `cdrom.h`.
757
758 ::
759
760         struct file_operations cdrom_fops
761
762 The contents of this structure were described in cdrom_api_.
763 A pointer to this structure is assigned to the *fops* field
764 of the *struct gendisk*.
765
766 ::
767
768         int register_cdrom(struct cdrom_device_info *cdi)
769
770 This function is used in about the same way one registers *cdrom_fops*
771 with the kernel, the device operations and information structures,
772 as described in cdrom_api_, should be registered with the
773 Uniform CD-ROM Driver::
774
775         register_cdrom(&<device>_info);
776
777
778 This function returns zero upon success, and non-zero upon
779 failure. The structure *<device>_info* should have a pointer to the
780 driver's *<device>_dops*, as in::
781
782         struct cdrom_device_info <device>_info = {
783                 <device>_dops;
784                 ...
785         }
786
787 Note that a driver must have one static structure, *<device>_dops*, while
788 it may have as many structures *<device>_info* as there are minor devices
789 active. *Register_cdrom()* builds a linked list from these.
790
791
792 ::
793
794         void unregister_cdrom(struct cdrom_device_info *cdi)
795
796 Unregistering device *cdi* with minor number *MINOR(cdi->dev)* removes
797 the minor device from the list. If it was the last registered minor for
798 the low-level driver, this disconnects the registered device-operation
799 routines from the CD-ROM interface. This function returns zero upon
800 success, and non-zero upon failure.
801
802 ::
803
804         int cdrom_open(struct inode * ip, struct file * fp)
805
806 This function is not called directly by the low-level drivers, it is
807 listed in the standard *cdrom_fops*. If the VFS opens a file, this
808 function becomes active. A strategy is implemented in this routine,
809 taking care of all capabilities and options that are set in the
810 *cdrom_device_ops* connected to the device. Then, the program flow is
811 transferred to the device_dependent *open()* call.
812
813 ::
814
815         void cdrom_release(struct inode *ip, struct file *fp)
816
817 This function implements the reverse-logic of *cdrom_open()*, and then
818 calls the device-dependent *release()* routine. When the use-count has
819 reached 0, the allocated buffers are flushed by calls to *sync_dev(dev)*
820 and *invalidate_buffers(dev)*.
821
822
823 .. _cdrom_ioctl:
824
825 ::
826
827         int cdrom_ioctl(struct inode *ip, struct file *fp,
828                         unsigned int cmd, unsigned long arg)
829
830 This function handles all the standard *ioctl* requests for CD-ROM
831 devices in a uniform way. The different calls fall into three
832 categories: *ioctl()'s* that can be directly implemented by device
833 operations, ones that are routed through the call *audio_ioctl()*, and
834 the remaining ones, that are presumable device-dependent. Generally, a
835 negative return value indicates an error.
836
837 Directly implemented *ioctl()'s*
838 --------------------------------
839
840 The following `old` CD-ROM *ioctl()*\ 's are implemented by directly
841 calling device-operations in *cdrom_device_ops*, if implemented and
842 not masked:
843
844 `CDROMMULTISESSION`
845         Requests the last session on a CD-ROM.
846 `CDROMEJECT`
847         Open tray.
848 `CDROMCLOSETRAY`
849         Close tray.
850 `CDROMEJECT_SW`
851         If *arg\not=0*, set behavior to auto-close (close
852         tray on first open) and auto-eject (eject on last release), otherwise
853         set behavior to non-moving on *open()* and *release()* calls.
854 `CDROM_GET_MCN`
855         Get the Media Catalog Number from a CD.
856
857 *Ioctl*s routed through *audio_ioctl()*
858 ---------------------------------------
859
860 The following set of *ioctl()'s* are all implemented through a call to
861 the *cdrom_fops* function *audio_ioctl()*. Memory checks and
862 allocation are performed in *cdrom_ioctl()*, and also sanitization of
863 address format (*CDROM_LBA*/*CDROM_MSF*) is done.
864
865 `CDROMSUBCHNL`
866         Get sub-channel data in argument *arg* of type
867         `struct cdrom_subchnl *`.
868 `CDROMREADTOCHDR`
869         Read Table of Contents header, in *arg* of type
870         `struct cdrom_tochdr *`.
871 `CDROMREADTOCENTRY`
872         Read a Table of Contents entry in *arg* and specified by *arg*
873         of type `struct cdrom_tocentry *`.
874 `CDROMPLAYMSF`
875         Play audio fragment specified in Minute, Second, Frame format,
876         delimited by *arg* of type `struct cdrom_msf *`.
877 `CDROMPLAYTRKIND`
878         Play audio fragment in track-index format delimited by *arg*
879         of type `struct cdrom_ti *`.
880 `CDROMVOLCTRL`
881         Set volume specified by *arg* of type `struct cdrom_volctrl *`.
882 `CDROMVOLREAD`
883         Read volume into by *arg* of type `struct cdrom_volctrl *`.
884 `CDROMSTART`
885         Spin up disc.
886 `CDROMSTOP`
887         Stop playback of audio fragment.
888 `CDROMPAUSE`
889         Pause playback of audio fragment.
890 `CDROMRESUME`
891         Resume playing.
892
893 New *ioctl()'s* in `cdrom.c`
894 ----------------------------
895
896 The following *ioctl()'s* have been introduced to allow user programs to
897 control the behavior of individual CD-ROM devices. New *ioctl*
898 commands can be identified by the underscores in their names.
899
900 `CDROM_SET_OPTIONS`
901         Set options specified by *arg*. Returns the option flag register
902         after modification. Use *arg = \rm0* for reading the current flags.
903 `CDROM_CLEAR_OPTIONS`
904         Clear options specified by *arg*. Returns the option flag register
905         after modification.
906 `CDROM_SELECT_SPEED`
907         Select head-rate speed of disc specified as by *arg* in units
908         of standard cdrom speed (176\,kB/sec raw data or
909         150kB/sec file system data). The value 0 means `auto-select`,
910         i. e., play audio discs at real time and data discs at maximum speed.
911         The value *arg* is checked against the maximum head rate of the
912         drive found in the *cdrom_dops*.
913 `CDROM_SELECT_DISC`
914         Select disc numbered *arg* from a juke-box.
915
916         First disc is numbered 0. The number *arg* is checked against the
917         maximum number of discs in the juke-box found in the *cdrom_dops*.
918 `CDROM_MEDIA_CHANGED`
919         Returns 1 if a disc has been changed since the last call.
920         Note that calls to *cdrom_media_changed* by the VFS are treated
921         by an independent queue, so both mechanisms will detect a
922         media change once. For juke-boxes, an extra argument *arg*
923         specifies the slot for which the information is given. The special
924         value *CDSL_CURRENT* requests that information about the currently
925         selected slot be returned.
926 `CDROM_DRIVE_STATUS`
927         Returns the status of the drive by a call to
928         *drive_status()*. Return values are defined in cdrom_drive_status_.
929         Note that this call doesn't return information on the
930         current playing activity of the drive; this can be polled through
931         an *ioctl* call to *CDROMSUBCHNL*. For juke-boxes, an extra argument
932         *arg* specifies the slot for which (possibly limited) information is
933         given. The special value *CDSL_CURRENT* requests that information
934         about the currently selected slot be returned.
935 `CDROM_DISC_STATUS`
936         Returns the type of the disc currently in the drive.
937         It should be viewed as a complement to *CDROM_DRIVE_STATUS*.
938         This *ioctl* can provide *some* information about the current
939         disc that is inserted in the drive. This functionality used to be
940         implemented in the low level drivers, but is now carried out
941         entirely in Uniform CD-ROM Driver.
942
943         The history of development of the CD's use as a carrier medium for
944         various digital information has lead to many different disc types.
945         This *ioctl* is useful only in the case that CDs have \emph {only
946         one} type of data on them. While this is often the case, it is
947         also very common for CDs to have some tracks with data, and some
948         tracks with audio. Because this is an existing interface, rather
949         than fixing this interface by changing the assumptions it was made
950         under, thereby breaking all user applications that use this
951         function, the Uniform CD-ROM Driver implements this *ioctl* as
952         follows: If the CD in question has audio tracks on it, and it has
953         absolutely no CD-I, XA, or data tracks on it, it will be reported
954         as *CDS_AUDIO*. If it has both audio and data tracks, it will
955         return *CDS_MIXED*. If there are no audio tracks on the disc, and
956         if the CD in question has any CD-I tracks on it, it will be
957         reported as *CDS_XA_2_2*. Failing that, if the CD in question
958         has any XA tracks on it, it will be reported as *CDS_XA_2_1*.
959         Finally, if the CD in question has any data tracks on it,
960         it will be reported as a data CD (*CDS_DATA_1*).
961
962         This *ioctl* can return::
963
964                 CDS_NO_INFO     /* no information available */
965                 CDS_NO_DISC     /* no disc is inserted, or tray is opened */
966                 CDS_AUDIO       /* Audio disc (2352 audio bytes/frame) */
967                 CDS_DATA_1      /* data disc, mode 1 (2048 user bytes/frame) */
968                 CDS_XA_2_1      /* mixed data (XA), mode 2, form 1 (2048 user bytes) */
969                 CDS_XA_2_2      /* mixed data (XA), mode 2, form 1 (2324 user bytes) */
970                 CDS_MIXED       /* mixed audio/data disc */
971
972         For some information concerning frame layout of the various disc
973         types, see a recent version of `cdrom.h`.
974
975 `CDROM_CHANGER_NSLOTS`
976         Returns the number of slots in a juke-box.
977 `CDROMRESET`
978         Reset the drive.
979 `CDROM_GET_CAPABILITY`
980         Returns the *capability* flags for the drive. Refer to section
981         cdrom_capabilities_ for more information on these flags.
982 `CDROM_LOCKDOOR`
983          Locks the door of the drive. `arg == 0` unlocks the door,
984          any other value locks it.
985 `CDROM_DEBUG`
986          Turns on debugging info. Only root is allowed to do this.
987          Same semantics as CDROM_LOCKDOOR.
988
989
990 Device dependent *ioctl()'s*
991 ----------------------------
992
993 Finally, all other *ioctl()'s* are passed to the function *dev_ioctl()*,
994 if implemented. No memory allocation or verification is carried out.
995
996 How to update your driver
997 =========================
998
999 - Make a backup of your current driver.
1000 - Get hold of the files `cdrom.c` and `cdrom.h`, they should be in
1001   the directory tree that came with this documentation.
1002 - Make sure you include `cdrom.h`.
1003 - Change the 3rd argument of *register_blkdev* from `&<your-drive>_fops`
1004   to `&cdrom_fops`.
1005 - Just after that line, add the following to register with the Uniform
1006   CD-ROM Driver::
1007
1008         register_cdrom(&<your-drive>_info);*
1009
1010   Similarly, add a call to *unregister_cdrom()* at the appropriate place.
1011 - Copy an example of the device-operations *struct* to your
1012   source, e. g., from `cm206.c` *cm206_dops*, and change all
1013   entries to names corresponding to your driver, or names you just
1014   happen to like. If your driver doesn't support a certain function,
1015   make the entry *NULL*. At the entry *capability* you should list all
1016   capabilities your driver currently supports. If your driver
1017   has a capability that is not listed, please send me a message.
1018 - Copy the *cdrom_device_info* declaration from the same example
1019   driver, and modify the entries according to your needs. If your
1020   driver dynamically determines the capabilities of the hardware, this
1021   structure should also be declared dynamically.
1022 - Implement all functions in your `<device>_dops` structure,
1023   according to prototypes listed in  `cdrom.h`, and specifications given
1024   in cdrom_api_. Most likely you have already implemented
1025   the code in a large part, and you will almost certainly need to adapt the
1026   prototype and return values.
1027 - Rename your `<device>_ioctl()` function to *audio_ioctl* and
1028   change the prototype a little. Remove entries listed in the first
1029   part in cdrom_ioctl_, if your code was OK, these are
1030   just calls to the routines you adapted in the previous step.
1031 - You may remove all remaining memory checking code in the
1032   *audio_ioctl()* function that deals with audio commands (these are
1033   listed in the second part of cdrom_ioctl_. There is no
1034   need for memory allocation either, so most *case*s in the *switch*
1035   statement look similar to::
1036
1037         case CDROMREADTOCENTRY:
1038                 get_toc_entry\bigl((struct cdrom_tocentry *) arg);
1039
1040 - All remaining *ioctl* cases must be moved to a separate
1041   function, *<device>_ioctl*, the device-dependent *ioctl()'s*. Note that
1042   memory checking and allocation must be kept in this code!
1043 - Change the prototypes of *<device>_open()* and
1044   *<device>_release()*, and remove any strategic code (i. e., tray
1045   movement, door locking, etc.).
1046 - Try to recompile the drivers. We advise you to use modules, both
1047   for `cdrom.o` and your driver, as debugging is much easier this
1048   way.
1049
1050 Thanks
1051 ======
1052
1053 Thanks to all the people involved. First, Erik Andersen, who has
1054 taken over the torch in maintaining `cdrom.c` and integrating much
1055 CD-ROM-related code in the 2.1-kernel. Thanks to Scott Snyder and
1056 Gerd Knorr, who were the first to implement this interface for SCSI
1057 and IDE-CD drivers and added many ideas for extension of the data
1058 structures relative to kernel~2.0. Further thanks to Heiko Eißfeldt,
1059 Thomas Quinot, Jon Tombs, Ken Pizzini, Eberhard Mönkeberg and Andrew Kroll,
1060 the Linux CD-ROM device driver developers who were kind
1061 enough to give suggestions and criticisms during the writing. Finally
1062 of course, I want to thank Linus Torvalds for making this possible in
1063 the first place.