Merge remote-tracking branch 'regulator/topic/lp8755' into regulator-next
[linux.git] / Documentation / video4linux / v4l2-framework.txt
1 Overview of the V4L2 driver framework
2 =====================================
3
4 This text documents the various structures provided by the V4L2 framework and
5 their relationships.
6
7
8 Introduction
9 ------------
10
11 The V4L2 drivers tend to be very complex due to the complexity of the
12 hardware: most devices have multiple ICs, export multiple device nodes in
13 /dev, and create also non-V4L2 devices such as DVB, ALSA, FB, I2C and input
14 (IR) devices.
15
16 Especially the fact that V4L2 drivers have to setup supporting ICs to
17 do audio/video muxing/encoding/decoding makes it more complex than most.
18 Usually these ICs are connected to the main bridge driver through one or
19 more I2C busses, but other busses can also be used. Such devices are
20 called 'sub-devices'.
21
22 For a long time the framework was limited to the video_device struct for
23 creating V4L device nodes and video_buf for handling the video buffers
24 (note that this document does not discuss the video_buf framework).
25
26 This meant that all drivers had to do the setup of device instances and
27 connecting to sub-devices themselves. Some of this is quite complicated
28 to do right and many drivers never did do it correctly.
29
30 There is also a lot of common code that could never be refactored due to
31 the lack of a framework.
32
33 So this framework sets up the basic building blocks that all drivers
34 need and this same framework should make it much easier to refactor
35 common code into utility functions shared by all drivers.
36
37
38 Structure of a driver
39 ---------------------
40
41 All drivers have the following structure:
42
43 1) A struct for each device instance containing the device state.
44
45 2) A way of initializing and commanding sub-devices (if any).
46
47 3) Creating V4L2 device nodes (/dev/videoX, /dev/vbiX and /dev/radioX)
48    and keeping track of device-node specific data.
49
50 4) Filehandle-specific structs containing per-filehandle data;
51
52 5) video buffer handling.
53
54 This is a rough schematic of how it all relates:
55
56     device instances
57       |
58       +-sub-device instances
59       |
60       \-V4L2 device nodes
61           |
62           \-filehandle instances
63
64
65 Structure of the framework
66 --------------------------
67
68 The framework closely resembles the driver structure: it has a v4l2_device
69 struct for the device instance data, a v4l2_subdev struct to refer to
70 sub-device instances, the video_device struct stores V4L2 device node data
71 and the v4l2_fh struct keeps track of filehandle instances.
72
73 The V4L2 framework also optionally integrates with the media framework. If a
74 driver sets the struct v4l2_device mdev field, sub-devices and video nodes
75 will automatically appear in the media framework as entities.
76
77
78 struct v4l2_device
79 ------------------
80
81 Each device instance is represented by a struct v4l2_device (v4l2-device.h).
82 Very simple devices can just allocate this struct, but most of the time you
83 would embed this struct inside a larger struct.
84
85 You must register the device instance:
86
87         v4l2_device_register(struct device *dev, struct v4l2_device *v4l2_dev);
88
89 Registration will initialize the v4l2_device struct. If the dev->driver_data
90 field is NULL, it will be linked to v4l2_dev.
91
92 Drivers that want integration with the media device framework need to set
93 dev->driver_data manually to point to the driver-specific device structure
94 that embed the struct v4l2_device instance. This is achieved by a
95 dev_set_drvdata() call before registering the V4L2 device instance. They must
96 also set the struct v4l2_device mdev field to point to a properly initialized
97 and registered media_device instance.
98
99 If v4l2_dev->name is empty then it will be set to a value derived from dev
100 (driver name followed by the bus_id, to be precise). If you set it up before
101 calling v4l2_device_register then it will be untouched. If dev is NULL, then
102 you *must* setup v4l2_dev->name before calling v4l2_device_register.
103
104 You can use v4l2_device_set_name() to set the name based on a driver name and
105 a driver-global atomic_t instance. This will generate names like ivtv0, ivtv1,
106 etc. If the name ends with a digit, then it will insert a dash: cx18-0,
107 cx18-1, etc. This function returns the instance number.
108
109 The first 'dev' argument is normally the struct device pointer of a pci_dev,
110 usb_interface or platform_device. It is rare for dev to be NULL, but it happens
111 with ISA devices or when one device creates multiple PCI devices, thus making
112 it impossible to associate v4l2_dev with a particular parent.
113
114 You can also supply a notify() callback that can be called by sub-devices to
115 notify you of events. Whether you need to set this depends on the sub-device.
116 Any notifications a sub-device supports must be defined in a header in
117 include/media/<subdevice>.h.
118
119 You unregister with:
120
121         v4l2_device_unregister(struct v4l2_device *v4l2_dev);
122
123 If the dev->driver_data field points to v4l2_dev, it will be reset to NULL.
124 Unregistering will also automatically unregister all subdevs from the device.
125
126 If you have a hotpluggable device (e.g. a USB device), then when a disconnect
127 happens the parent device becomes invalid. Since v4l2_device has a pointer to
128 that parent device it has to be cleared as well to mark that the parent is
129 gone. To do this call:
130
131         v4l2_device_disconnect(struct v4l2_device *v4l2_dev);
132
133 This does *not* unregister the subdevs, so you still need to call the
134 v4l2_device_unregister() function for that. If your driver is not hotpluggable,
135 then there is no need to call v4l2_device_disconnect().
136
137 Sometimes you need to iterate over all devices registered by a specific
138 driver. This is usually the case if multiple device drivers use the same
139 hardware. E.g. the ivtvfb driver is a framebuffer driver that uses the ivtv
140 hardware. The same is true for alsa drivers for example.
141
142 You can iterate over all registered devices as follows:
143
144 static int callback(struct device *dev, void *p)
145 {
146         struct v4l2_device *v4l2_dev = dev_get_drvdata(dev);
147
148         /* test if this device was inited */
149         if (v4l2_dev == NULL)
150                 return 0;
151         ...
152         return 0;
153 }
154
155 int iterate(void *p)
156 {
157         struct device_driver *drv;
158         int err;
159
160         /* Find driver 'ivtv' on the PCI bus.
161            pci_bus_type is a global. For USB busses use usb_bus_type. */
162         drv = driver_find("ivtv", &pci_bus_type);
163         /* iterate over all ivtv device instances */
164         err = driver_for_each_device(drv, NULL, p, callback);
165         put_driver(drv);
166         return err;
167 }
168
169 Sometimes you need to keep a running counter of the device instance. This is
170 commonly used to map a device instance to an index of a module option array.
171
172 The recommended approach is as follows:
173
174 static atomic_t drv_instance = ATOMIC_INIT(0);
175
176 static int drv_probe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *pci_id)
177 {
178         ...
179         state->instance = atomic_inc_return(&drv_instance) - 1;
180 }
181
182 If you have multiple device nodes then it can be difficult to know when it is
183 safe to unregister v4l2_device for hotpluggable devices. For this purpose
184 v4l2_device has refcounting support. The refcount is increased whenever
185 video_register_device is called and it is decreased whenever that device node
186 is released. When the refcount reaches zero, then the v4l2_device release()
187 callback is called. You can do your final cleanup there.
188
189 If other device nodes (e.g. ALSA) are created, then you can increase and
190 decrease the refcount manually as well by calling:
191
192 void v4l2_device_get(struct v4l2_device *v4l2_dev);
193
194 or:
195
196 int v4l2_device_put(struct v4l2_device *v4l2_dev);
197
198 Since the initial refcount is 1 you also need to call v4l2_device_put in the
199 disconnect() callback (for USB devices) or in the remove() callback (for e.g.
200 PCI devices), otherwise the refcount will never reach 0.
201
202 struct v4l2_subdev
203 ------------------
204
205 Many drivers need to communicate with sub-devices. These devices can do all
206 sort of tasks, but most commonly they handle audio and/or video muxing,
207 encoding or decoding. For webcams common sub-devices are sensors and camera
208 controllers.
209
210 Usually these are I2C devices, but not necessarily. In order to provide the
211 driver with a consistent interface to these sub-devices the v4l2_subdev struct
212 (v4l2-subdev.h) was created.
213
214 Each sub-device driver must have a v4l2_subdev struct. This struct can be
215 stand-alone for simple sub-devices or it might be embedded in a larger struct
216 if more state information needs to be stored. Usually there is a low-level
217 device struct (e.g. i2c_client) that contains the device data as setup
218 by the kernel. It is recommended to store that pointer in the private
219 data of v4l2_subdev using v4l2_set_subdevdata(). That makes it easy to go
220 from a v4l2_subdev to the actual low-level bus-specific device data.
221
222 You also need a way to go from the low-level struct to v4l2_subdev. For the
223 common i2c_client struct the i2c_set_clientdata() call is used to store a
224 v4l2_subdev pointer, for other busses you may have to use other methods.
225
226 Bridges might also need to store per-subdev private data, such as a pointer to
227 bridge-specific per-subdev private data. The v4l2_subdev structure provides
228 host private data for that purpose that can be accessed with
229 v4l2_get_subdev_hostdata() and v4l2_set_subdev_hostdata().
230
231 From the bridge driver perspective you load the sub-device module and somehow
232 obtain the v4l2_subdev pointer. For i2c devices this is easy: you call
233 i2c_get_clientdata(). For other busses something similar needs to be done.
234 Helper functions exists for sub-devices on an I2C bus that do most of this
235 tricky work for you.
236
237 Each v4l2_subdev contains function pointers that sub-device drivers can
238 implement (or leave NULL if it is not applicable). Since sub-devices can do
239 so many different things and you do not want to end up with a huge ops struct
240 of which only a handful of ops are commonly implemented, the function pointers
241 are sorted according to category and each category has its own ops struct.
242
243 The top-level ops struct contains pointers to the category ops structs, which
244 may be NULL if the subdev driver does not support anything from that category.
245
246 It looks like this:
247
248 struct v4l2_subdev_core_ops {
249         int (*log_status)(struct v4l2_subdev *sd);
250         int (*init)(struct v4l2_subdev *sd, u32 val);
251         ...
252 };
253
254 struct v4l2_subdev_tuner_ops {
255         ...
256 };
257
258 struct v4l2_subdev_audio_ops {
259         ...
260 };
261
262 struct v4l2_subdev_video_ops {
263         ...
264 };
265
266 struct v4l2_subdev_pad_ops {
267         ...
268 };
269
270 struct v4l2_subdev_ops {
271         const struct v4l2_subdev_core_ops  *core;
272         const struct v4l2_subdev_tuner_ops *tuner;
273         const struct v4l2_subdev_audio_ops *audio;
274         const struct v4l2_subdev_video_ops *video;
275         const struct v4l2_subdev_pad_ops *video;
276 };
277
278 The core ops are common to all subdevs, the other categories are implemented
279 depending on the sub-device. E.g. a video device is unlikely to support the
280 audio ops and vice versa.
281
282 This setup limits the number of function pointers while still making it easy
283 to add new ops and categories.
284
285 A sub-device driver initializes the v4l2_subdev struct using:
286
287         v4l2_subdev_init(sd, &ops);
288
289 Afterwards you need to initialize subdev->name with a unique name and set the
290 module owner. This is done for you if you use the i2c helper functions.
291
292 If integration with the media framework is needed, you must initialize the
293 media_entity struct embedded in the v4l2_subdev struct (entity field) by
294 calling media_entity_init():
295
296         struct media_pad *pads = &my_sd->pads;
297         int err;
298
299         err = media_entity_init(&sd->entity, npads, pads, 0);
300
301 The pads array must have been previously initialized. There is no need to
302 manually set the struct media_entity type and name fields, but the revision
303 field must be initialized if needed.
304
305 A reference to the entity will be automatically acquired/released when the
306 subdev device node (if any) is opened/closed.
307
308 Don't forget to cleanup the media entity before the sub-device is destroyed:
309
310         media_entity_cleanup(&sd->entity);
311
312 If the subdev driver intends to process video and integrate with the media
313 framework, it must implement format related functionality using
314 v4l2_subdev_pad_ops instead of v4l2_subdev_video_ops.
315
316 In that case, the subdev driver may set the link_validate field to provide
317 its own link validation function. The link validation function is called for
318 every link in the pipeline where both of the ends of the links are V4L2
319 sub-devices. The driver is still responsible for validating the correctness
320 of the format configuration between sub-devices and video nodes.
321
322 If link_validate op is not set, the default function
323 v4l2_subdev_link_validate_default() is used instead. This function ensures
324 that width, height and the media bus pixel code are equal on both source and
325 sink of the link. Subdev drivers are also free to use this function to
326 perform the checks mentioned above in addition to their own checks.
327
328 There are currently two ways to register subdevices with the V4L2 core. The
329 first (traditional) possibility is to have subdevices registered by bridge
330 drivers. This can be done when the bridge driver has the complete information
331 about subdevices connected to it and knows exactly when to register them. This
332 is typically the case for internal subdevices, like video data processing units
333 within SoCs or complex PCI(e) boards, camera sensors in USB cameras or connected
334 to SoCs, which pass information about them to bridge drivers, usually in their
335 platform data.
336
337 There are however also situations where subdevices have to be registered
338 asynchronously to bridge devices. An example of such a configuration is a Device
339 Tree based system where information about subdevices is made available to the
340 system independently from the bridge devices, e.g. when subdevices are defined
341 in DT as I2C device nodes. The API used in this second case is described further
342 below.
343
344 Using one or the other registration method only affects the probing process, the
345 run-time bridge-subdevice interaction is in both cases the same.
346
347 In the synchronous case a device (bridge) driver needs to register the
348 v4l2_subdev with the v4l2_device:
349
350         int err = v4l2_device_register_subdev(v4l2_dev, sd);
351
352 This can fail if the subdev module disappeared before it could be registered.
353 After this function was called successfully the subdev->dev field points to
354 the v4l2_device.
355
356 If the v4l2_device parent device has a non-NULL mdev field, the sub-device
357 entity will be automatically registered with the media device.
358
359 You can unregister a sub-device using:
360
361         v4l2_device_unregister_subdev(sd);
362
363 Afterwards the subdev module can be unloaded and sd->dev == NULL.
364
365 You can call an ops function either directly:
366
367         err = sd->ops->core->g_std(sd, &norm);
368
369 but it is better and easier to use this macro:
370
371         err = v4l2_subdev_call(sd, core, g_std, &norm);
372
373 The macro will to the right NULL pointer checks and returns -ENODEV if subdev
374 is NULL, -ENOIOCTLCMD if either subdev->core or subdev->core->g_std is
375 NULL, or the actual result of the subdev->ops->core->g_std ops.
376
377 It is also possible to call all or a subset of the sub-devices:
378
379         v4l2_device_call_all(v4l2_dev, 0, core, g_std, &norm);
380
381 Any subdev that does not support this ops is skipped and error results are
382 ignored. If you want to check for errors use this:
383
384         err = v4l2_device_call_until_err(v4l2_dev, 0, core, g_std, &norm);
385
386 Any error except -ENOIOCTLCMD will exit the loop with that error. If no
387 errors (except -ENOIOCTLCMD) occurred, then 0 is returned.
388
389 The second argument to both calls is a group ID. If 0, then all subdevs are
390 called. If non-zero, then only those whose group ID match that value will
391 be called. Before a bridge driver registers a subdev it can set sd->grp_id
392 to whatever value it wants (it's 0 by default). This value is owned by the
393 bridge driver and the sub-device driver will never modify or use it.
394
395 The group ID gives the bridge driver more control how callbacks are called.
396 For example, there may be multiple audio chips on a board, each capable of
397 changing the volume. But usually only one will actually be used when the
398 user want to change the volume. You can set the group ID for that subdev to
399 e.g. AUDIO_CONTROLLER and specify that as the group ID value when calling
400 v4l2_device_call_all(). That ensures that it will only go to the subdev
401 that needs it.
402
403 If the sub-device needs to notify its v4l2_device parent of an event, then
404 it can call v4l2_subdev_notify(sd, notification, arg). This macro checks
405 whether there is a notify() callback defined and returns -ENODEV if not.
406 Otherwise the result of the notify() call is returned.
407
408 The advantage of using v4l2_subdev is that it is a generic struct and does
409 not contain any knowledge about the underlying hardware. So a driver might
410 contain several subdevs that use an I2C bus, but also a subdev that is
411 controlled through GPIO pins. This distinction is only relevant when setting
412 up the device, but once the subdev is registered it is completely transparent.
413
414
415 In the asynchronous case subdevice probing can be invoked independently of the
416 bridge driver availability. The subdevice driver then has to verify whether all
417 the requirements for a successful probing are satisfied. This can include a
418 check for a master clock availability. If any of the conditions aren't satisfied
419 the driver might decide to return -EPROBE_DEFER to request further reprobing
420 attempts. Once all conditions are met the subdevice shall be registered using
421 the v4l2_async_register_subdev() function. Unregistration is performed using
422 the v4l2_async_unregister_subdev() call. Subdevices registered this way are
423 stored in a global list of subdevices, ready to be picked up by bridge drivers.
424
425 Bridge drivers in turn have to register a notifier object with an array of
426 subdevice descriptors that the bridge device needs for its operation. This is
427 performed using the v4l2_async_notifier_register() call. To unregister the
428 notifier the driver has to call v4l2_async_notifier_unregister(). The former of
429 the two functions takes two arguments: a pointer to struct v4l2_device and a
430 pointer to struct v4l2_async_notifier. The latter contains a pointer to an array
431 of pointers to subdevice descriptors of type struct v4l2_async_subdev type. The
432 V4L2 core will then use these descriptors to match asynchronously registered
433 subdevices to them. If a match is detected the .bound() notifier callback is
434 called. After all subdevices have been located the .complete() callback is
435 called. When a subdevice is removed from the system the .unbind() method is
436 called. All three callbacks are optional.
437
438
439 V4L2 sub-device userspace API
440 -----------------------------
441
442 Beside exposing a kernel API through the v4l2_subdev_ops structure, V4L2
443 sub-devices can also be controlled directly by userspace applications.
444
445 Device nodes named v4l-subdevX can be created in /dev to access sub-devices
446 directly. If a sub-device supports direct userspace configuration it must set
447 the V4L2_SUBDEV_FL_HAS_DEVNODE flag before being registered.
448
449 After registering sub-devices, the v4l2_device driver can create device nodes
450 for all registered sub-devices marked with V4L2_SUBDEV_FL_HAS_DEVNODE by calling
451 v4l2_device_register_subdev_nodes(). Those device nodes will be automatically
452 removed when sub-devices are unregistered.
453
454 The device node handles a subset of the V4L2 API.
455
456 VIDIOC_QUERYCTRL
457 VIDIOC_QUERYMENU
458 VIDIOC_G_CTRL
459 VIDIOC_S_CTRL
460 VIDIOC_G_EXT_CTRLS
461 VIDIOC_S_EXT_CTRLS
462 VIDIOC_TRY_EXT_CTRLS
463
464         The controls ioctls are identical to the ones defined in V4L2. They
465         behave identically, with the only exception that they deal only with
466         controls implemented in the sub-device. Depending on the driver, those
467         controls can be also be accessed through one (or several) V4L2 device
468         nodes.
469
470 VIDIOC_DQEVENT
471 VIDIOC_SUBSCRIBE_EVENT
472 VIDIOC_UNSUBSCRIBE_EVENT
473
474         The events ioctls are identical to the ones defined in V4L2. They
475         behave identically, with the only exception that they deal only with
476         events generated by the sub-device. Depending on the driver, those
477         events can also be reported by one (or several) V4L2 device nodes.
478
479         Sub-device drivers that want to use events need to set the
480         V4L2_SUBDEV_USES_EVENTS v4l2_subdev::flags and initialize
481         v4l2_subdev::nevents to events queue depth before registering the
482         sub-device. After registration events can be queued as usual on the
483         v4l2_subdev::devnode device node.
484
485         To properly support events, the poll() file operation is also
486         implemented.
487
488 Private ioctls
489
490         All ioctls not in the above list are passed directly to the sub-device
491         driver through the core::ioctl operation.
492
493
494 I2C sub-device drivers
495 ----------------------
496
497 Since these drivers are so common, special helper functions are available to
498 ease the use of these drivers (v4l2-common.h).
499
500 The recommended method of adding v4l2_subdev support to an I2C driver is to
501 embed the v4l2_subdev struct into the state struct that is created for each
502 I2C device instance. Very simple devices have no state struct and in that case
503 you can just create a v4l2_subdev directly.
504
505 A typical state struct would look like this (where 'chipname' is replaced by
506 the name of the chip):
507
508 struct chipname_state {
509         struct v4l2_subdev sd;
510         ...  /* additional state fields */
511 };
512
513 Initialize the v4l2_subdev struct as follows:
514
515         v4l2_i2c_subdev_init(&state->sd, client, subdev_ops);
516
517 This function will fill in all the fields of v4l2_subdev and ensure that the
518 v4l2_subdev and i2c_client both point to one another.
519
520 You should also add a helper inline function to go from a v4l2_subdev pointer
521 to a chipname_state struct:
522
523 static inline struct chipname_state *to_state(struct v4l2_subdev *sd)
524 {
525         return container_of(sd, struct chipname_state, sd);
526 }
527
528 Use this to go from the v4l2_subdev struct to the i2c_client struct:
529
530         struct i2c_client *client = v4l2_get_subdevdata(sd);
531
532 And this to go from an i2c_client to a v4l2_subdev struct:
533
534         struct v4l2_subdev *sd = i2c_get_clientdata(client);
535
536 Make sure to call v4l2_device_unregister_subdev(sd) when the remove() callback
537 is called. This will unregister the sub-device from the bridge driver. It is
538 safe to call this even if the sub-device was never registered.
539
540 You need to do this because when the bridge driver destroys the i2c adapter
541 the remove() callbacks are called of the i2c devices on that adapter.
542 After that the corresponding v4l2_subdev structures are invalid, so they
543 have to be unregistered first. Calling v4l2_device_unregister_subdev(sd)
544 from the remove() callback ensures that this is always done correctly.
545
546
547 The bridge driver also has some helper functions it can use:
548
549 struct v4l2_subdev *sd = v4l2_i2c_new_subdev(v4l2_dev, adapter,
550                "module_foo", "chipid", 0x36, NULL);
551
552 This loads the given module (can be NULL if no module needs to be loaded) and
553 calls i2c_new_device() with the given i2c_adapter and chip/address arguments.
554 If all goes well, then it registers the subdev with the v4l2_device.
555
556 You can also use the last argument of v4l2_i2c_new_subdev() to pass an array
557 of possible I2C addresses that it should probe. These probe addresses are
558 only used if the previous argument is 0. A non-zero argument means that you
559 know the exact i2c address so in that case no probing will take place.
560
561 Both functions return NULL if something went wrong.
562
563 Note that the chipid you pass to v4l2_i2c_new_subdev() is usually
564 the same as the module name. It allows you to specify a chip variant, e.g.
565 "saa7114" or "saa7115". In general though the i2c driver autodetects this.
566 The use of chipid is something that needs to be looked at more closely at a
567 later date. It differs between i2c drivers and as such can be confusing.
568 To see which chip variants are supported you can look in the i2c driver code
569 for the i2c_device_id table. This lists all the possibilities.
570
571 There are two more helper functions:
572
573 v4l2_i2c_new_subdev_cfg: this function adds new irq and platform_data
574 arguments and has both 'addr' and 'probed_addrs' arguments: if addr is not
575 0 then that will be used (non-probing variant), otherwise the probed_addrs
576 are probed.
577
578 For example: this will probe for address 0x10:
579
580 struct v4l2_subdev *sd = v4l2_i2c_new_subdev_cfg(v4l2_dev, adapter,
581                "module_foo", "chipid", 0, NULL, 0, I2C_ADDRS(0x10));
582
583 v4l2_i2c_new_subdev_board uses an i2c_board_info struct which is passed
584 to the i2c driver and replaces the irq, platform_data and addr arguments.
585
586 If the subdev supports the s_config core ops, then that op is called with
587 the irq and platform_data arguments after the subdev was setup. The older
588 v4l2_i2c_new_(probed_)subdev functions will call s_config as well, but with
589 irq set to 0 and platform_data set to NULL.
590
591 struct video_device
592 -------------------
593
594 The actual device nodes in the /dev directory are created using the
595 video_device struct (v4l2-dev.h). This struct can either be allocated
596 dynamically or embedded in a larger struct.
597
598 To allocate it dynamically use:
599
600         struct video_device *vdev = video_device_alloc();
601
602         if (vdev == NULL)
603                 return -ENOMEM;
604
605         vdev->release = video_device_release;
606
607 If you embed it in a larger struct, then you must set the release()
608 callback to your own function:
609
610         struct video_device *vdev = &my_vdev->vdev;
611
612         vdev->release = my_vdev_release;
613
614 The release callback must be set and it is called when the last user
615 of the video device exits.
616
617 The default video_device_release() callback just calls kfree to free the
618 allocated memory.
619
620 There is also a video_device_release_empty() function that does nothing
621 (is empty) and can be used if the struct is embedded and there is nothing
622 to do when it is released.
623
624 You should also set these fields:
625
626 - v4l2_dev: must be set to the v4l2_device parent device.
627
628 - name: set to something descriptive and unique.
629
630 - vfl_dir: set this to VFL_DIR_RX for capture devices (VFL_DIR_RX has value 0,
631   so this is normally already the default), set to VFL_DIR_TX for output
632   devices and VFL_DIR_M2M for mem2mem (codec) devices.
633
634 - fops: set to the v4l2_file_operations struct.
635
636 - ioctl_ops: if you use the v4l2_ioctl_ops to simplify ioctl maintenance
637   (highly recommended to use this and it might become compulsory in the
638   future!), then set this to your v4l2_ioctl_ops struct. The vfl_type and
639   vfl_dir fields are used to disable ops that do not match the type/dir
640   combination. E.g. VBI ops are disabled for non-VBI nodes, and output ops
641   are disabled for a capture device. This makes it possible to provide
642   just one v4l2_ioctl_ops struct for both vbi and video nodes.
643
644 - lock: leave to NULL if you want to do all the locking in the driver.
645   Otherwise you give it a pointer to a struct mutex_lock and before the
646   unlocked_ioctl file operation is called this lock will be taken by the
647   core and released afterwards. See the next section for more details.
648
649 - queue: a pointer to the struct vb2_queue associated with this device node.
650   If queue is non-NULL, and queue->lock is non-NULL, then queue->lock is
651   used for the queuing ioctls (VIDIOC_REQBUFS, CREATE_BUFS, QBUF, DQBUF,
652   QUERYBUF, PREPARE_BUF, STREAMON and STREAMOFF) instead of the lock above.
653   That way the vb2 queuing framework does not have to wait for other ioctls.
654   This queue pointer is also used by the vb2 helper functions to check for
655   queuing ownership (i.e. is the filehandle calling it allowed to do the
656   operation).
657
658 - prio: keeps track of the priorities. Used to implement VIDIOC_G/S_PRIORITY.
659   If left to NULL, then it will use the struct v4l2_prio_state in v4l2_device.
660   If you want to have a separate priority state per (group of) device node(s),
661   then you can point it to your own struct v4l2_prio_state.
662
663 - dev_parent: you only set this if v4l2_device was registered with NULL as
664   the parent device struct. This only happens in cases where one hardware
665   device has multiple PCI devices that all share the same v4l2_device core.
666
667   The cx88 driver is an example of this: one core v4l2_device struct, but
668   it is used by both a raw video PCI device (cx8800) and a MPEG PCI device
669   (cx8802). Since the v4l2_device cannot be associated with two PCI devices
670   at the same time it is setup without a parent device. But when the struct
671   video_device is initialized you *do* know which parent PCI device to use and
672   so you set dev_device to the correct PCI device.
673
674 - flags: optional. Set to V4L2_FL_USE_FH_PRIO if you want to let the framework
675   handle the VIDIOC_G/S_PRIORITY ioctls. This requires that you use struct
676   v4l2_fh. Eventually this flag will disappear once all drivers use the core
677   priority handling. But for now it has to be set explicitly.
678
679 If you use v4l2_ioctl_ops, then you should set .unlocked_ioctl to video_ioctl2
680 in your v4l2_file_operations struct.
681
682 Do not use .ioctl! This is deprecated and will go away in the future.
683
684 In some cases you want to tell the core that a function you had specified in
685 your v4l2_ioctl_ops should be ignored. You can mark such ioctls by calling this
686 function before video_device_register is called:
687
688 void v4l2_disable_ioctl(struct video_device *vdev, unsigned int cmd);
689
690 This tends to be needed if based on external factors (e.g. which card is
691 being used) you want to turns off certain features in v4l2_ioctl_ops without
692 having to make a new struct.
693
694 The v4l2_file_operations struct is a subset of file_operations. The main
695 difference is that the inode argument is omitted since it is never used.
696
697 If integration with the media framework is needed, you must initialize the
698 media_entity struct embedded in the video_device struct (entity field) by
699 calling media_entity_init():
700
701         struct media_pad *pad = &my_vdev->pad;
702         int err;
703
704         err = media_entity_init(&vdev->entity, 1, pad, 0);
705
706 The pads array must have been previously initialized. There is no need to
707 manually set the struct media_entity type and name fields.
708
709 A reference to the entity will be automatically acquired/released when the
710 video device is opened/closed.
711
712 ioctls and locking
713 ------------------
714
715 The V4L core provides optional locking services. The main service is the
716 lock field in struct video_device, which is a pointer to a mutex. If you set
717 this pointer, then that will be used by unlocked_ioctl to serialize all ioctls.
718
719 If you are using the videobuf2 framework, then there is a second lock that you
720 can set: video_device->queue->lock. If set, then this lock will be used instead
721 of video_device->lock to serialize all queuing ioctls (see the previous section
722 for the full list of those ioctls).
723
724 The advantage of using a different lock for the queuing ioctls is that for some
725 drivers (particularly USB drivers) certain commands such as setting controls
726 can take a long time, so you want to use a separate lock for the buffer queuing
727 ioctls. That way your VIDIOC_DQBUF doesn't stall because the driver is busy
728 changing the e.g. exposure of the webcam.
729
730 Of course, you can always do all the locking yourself by leaving both lock
731 pointers at NULL.
732
733 If you use the old videobuf then you must pass the video_device lock to the
734 videobuf queue initialize function: if videobuf has to wait for a frame to
735 arrive, then it will temporarily unlock the lock and relock it afterwards. If
736 your driver also waits in the code, then you should do the same to allow other
737 processes to access the device node while the first process is waiting for
738 something.
739
740 In the case of videobuf2 you will need to implement the wait_prepare and
741 wait_finish callbacks to unlock/lock if applicable. If you use the queue->lock
742 pointer, then you can use the helper functions vb2_ops_wait_prepare/finish.
743
744 The implementation of a hotplug disconnect should also take the lock from
745 video_device before calling v4l2_device_disconnect. If you are also using
746 video_device->queue->lock, then you have to first lock video_device->queue->lock
747 followed by video_device->lock. That way you can be sure no ioctl is running
748 when you call v4l2_device_disconnect.
749
750 video_device registration
751 -------------------------
752
753 Next you register the video device: this will create the character device
754 for you.
755
756         err = video_register_device(vdev, VFL_TYPE_GRABBER, -1);
757         if (err) {
758                 video_device_release(vdev); /* or kfree(my_vdev); */
759                 return err;
760         }
761
762 If the v4l2_device parent device has a non-NULL mdev field, the video device
763 entity will be automatically registered with the media device.
764
765 Which device is registered depends on the type argument. The following
766 types exist:
767
768 VFL_TYPE_GRABBER: videoX for video input/output devices
769 VFL_TYPE_VBI: vbiX for vertical blank data (i.e. closed captions, teletext)
770 VFL_TYPE_RADIO: radioX for radio tuners
771
772 The last argument gives you a certain amount of control over the device
773 device node number used (i.e. the X in videoX). Normally you will pass -1
774 to let the v4l2 framework pick the first free number. But sometimes users
775 want to select a specific node number. It is common that drivers allow
776 the user to select a specific device node number through a driver module
777 option. That number is then passed to this function and video_register_device
778 will attempt to select that device node number. If that number was already
779 in use, then the next free device node number will be selected and it
780 will send a warning to the kernel log.
781
782 Another use-case is if a driver creates many devices. In that case it can
783 be useful to place different video devices in separate ranges. For example,
784 video capture devices start at 0, video output devices start at 16.
785 So you can use the last argument to specify a minimum device node number
786 and the v4l2 framework will try to pick the first free number that is equal
787 or higher to what you passed. If that fails, then it will just pick the
788 first free number.
789
790 Since in this case you do not care about a warning about not being able
791 to select the specified device node number, you can call the function
792 video_register_device_no_warn() instead.
793
794 Whenever a device node is created some attributes are also created for you.
795 If you look in /sys/class/video4linux you see the devices. Go into e.g.
796 video0 and you will see 'name' and 'index' attributes. The 'name' attribute
797 is the 'name' field of the video_device struct.
798
799 The 'index' attribute is the index of the device node: for each call to
800 video_register_device() the index is just increased by 1. The first video
801 device node you register always starts with index 0.
802
803 Users can setup udev rules that utilize the index attribute to make fancy
804 device names (e.g. 'mpegX' for MPEG video capture device nodes).
805
806 After the device was successfully registered, then you can use these fields:
807
808 - vfl_type: the device type passed to video_register_device.
809 - minor: the assigned device minor number.
810 - num: the device node number (i.e. the X in videoX).
811 - index: the device index number.
812
813 If the registration failed, then you need to call video_device_release()
814 to free the allocated video_device struct, or free your own struct if the
815 video_device was embedded in it. The vdev->release() callback will never
816 be called if the registration failed, nor should you ever attempt to
817 unregister the device if the registration failed.
818
819
820 video_device cleanup
821 --------------------
822
823 When the video device nodes have to be removed, either during the unload
824 of the driver or because the USB device was disconnected, then you should
825 unregister them:
826
827         video_unregister_device(vdev);
828
829 This will remove the device nodes from sysfs (causing udev to remove them
830 from /dev).
831
832 After video_unregister_device() returns no new opens can be done. However,
833 in the case of USB devices some application might still have one of these
834 device nodes open. So after the unregister all file operations (except
835 release, of course) will return an error as well.
836
837 When the last user of the video device node exits, then the vdev->release()
838 callback is called and you can do the final cleanup there.
839
840 Don't forget to cleanup the media entity associated with the video device if
841 it has been initialized:
842
843         media_entity_cleanup(&vdev->entity);
844
845 This can be done from the release callback.
846
847
848 video_device helper functions
849 -----------------------------
850
851 There are a few useful helper functions:
852
853 - file/video_device private data
854
855 You can set/get driver private data in the video_device struct using:
856
857 void *video_get_drvdata(struct video_device *vdev);
858 void video_set_drvdata(struct video_device *vdev, void *data);
859
860 Note that you can safely call video_set_drvdata() before calling
861 video_register_device().
862
863 And this function:
864
865 struct video_device *video_devdata(struct file *file);
866
867 returns the video_device belonging to the file struct.
868
869 The video_drvdata function combines video_get_drvdata with video_devdata:
870
871 void *video_drvdata(struct file *file);
872
873 You can go from a video_device struct to the v4l2_device struct using:
874
875 struct v4l2_device *v4l2_dev = vdev->v4l2_dev;
876
877 - Device node name
878
879 The video_device node kernel name can be retrieved using
880
881 const char *video_device_node_name(struct video_device *vdev);
882
883 The name is used as a hint by userspace tools such as udev. The function
884 should be used where possible instead of accessing the video_device::num and
885 video_device::minor fields.
886
887
888 video buffer helper functions
889 -----------------------------
890
891 The v4l2 core API provides a set of standard methods (called "videobuf")
892 for dealing with video buffers. Those methods allow a driver to implement
893 read(), mmap() and overlay() in a consistent way.  There are currently
894 methods for using video buffers on devices that supports DMA with
895 scatter/gather method (videobuf-dma-sg), DMA with linear access
896 (videobuf-dma-contig), and vmalloced buffers, mostly used on USB drivers
897 (videobuf-vmalloc).
898
899 Please see Documentation/video4linux/videobuf for more information on how
900 to use the videobuf layer.
901
902 struct v4l2_fh
903 --------------
904
905 struct v4l2_fh provides a way to easily keep file handle specific data
906 that is used by the V4L2 framework. New drivers must use struct v4l2_fh
907 since it is also used to implement priority handling (VIDIOC_G/S_PRIORITY)
908 if the video_device flag V4L2_FL_USE_FH_PRIO is also set.
909
910 The users of v4l2_fh (in the V4L2 framework, not the driver) know
911 whether a driver uses v4l2_fh as its file->private_data pointer by
912 testing the V4L2_FL_USES_V4L2_FH bit in video_device->flags. This bit is
913 set whenever v4l2_fh_init() is called.
914
915 struct v4l2_fh is allocated as a part of the driver's own file handle
916 structure and file->private_data is set to it in the driver's open
917 function by the driver.
918
919 In many cases the struct v4l2_fh will be embedded in a larger structure.
920 In that case you should call v4l2_fh_init+v4l2_fh_add in open() and
921 v4l2_fh_del+v4l2_fh_exit in release().
922
923 Drivers can extract their own file handle structure by using the container_of
924 macro. Example:
925
926 struct my_fh {
927         int blah;
928         struct v4l2_fh fh;
929 };
930
931 ...
932
933 int my_open(struct file *file)
934 {
935         struct my_fh *my_fh;
936         struct video_device *vfd;
937         int ret;
938
939         ...
940
941         my_fh = kzalloc(sizeof(*my_fh), GFP_KERNEL);
942
943         ...
944
945         v4l2_fh_init(&my_fh->fh, vfd);
946
947         ...
948
949         file->private_data = &my_fh->fh;
950         v4l2_fh_add(&my_fh->fh);
951         return 0;
952 }
953
954 int my_release(struct file *file)
955 {
956         struct v4l2_fh *fh = file->private_data;
957         struct my_fh *my_fh = container_of(fh, struct my_fh, fh);
958
959         ...
960         v4l2_fh_del(&my_fh->fh);
961         v4l2_fh_exit(&my_fh->fh);
962         kfree(my_fh);
963         return 0;
964 }
965
966 Below is a short description of the v4l2_fh functions used:
967
968 void v4l2_fh_init(struct v4l2_fh *fh, struct video_device *vdev)
969
970   Initialise the file handle. This *MUST* be performed in the driver's
971   v4l2_file_operations->open() handler.
972
973 void v4l2_fh_add(struct v4l2_fh *fh)
974
975   Add a v4l2_fh to video_device file handle list. Must be called once the
976   file handle is completely initialized.
977
978 void v4l2_fh_del(struct v4l2_fh *fh)
979
980   Unassociate the file handle from video_device(). The file handle
981   exit function may now be called.
982
983 void v4l2_fh_exit(struct v4l2_fh *fh)
984
985   Uninitialise the file handle. After uninitialisation the v4l2_fh
986   memory can be freed.
987
988
989 If struct v4l2_fh is not embedded, then you can use these helper functions:
990
991 int v4l2_fh_open(struct file *filp)
992
993   This allocates a struct v4l2_fh, initializes it and adds it to the struct
994   video_device associated with the file struct.
995
996 int v4l2_fh_release(struct file *filp)
997
998   This deletes it from the struct video_device associated with the file
999   struct, uninitialised the v4l2_fh and frees it.
1000
1001 These two functions can be plugged into the v4l2_file_operation's open() and
1002 release() ops.
1003
1004
1005 Several drivers need to do something when the first file handle is opened and
1006 when the last file handle closes. Two helper functions were added to check
1007 whether the v4l2_fh struct is the only open filehandle of the associated
1008 device node:
1009
1010 int v4l2_fh_is_singular(struct v4l2_fh *fh)
1011
1012   Returns 1 if the file handle is the only open file handle, else 0.
1013
1014 int v4l2_fh_is_singular_file(struct file *filp)
1015
1016   Same, but it calls v4l2_fh_is_singular with filp->private_data.
1017
1018
1019 V4L2 events
1020 -----------
1021
1022 The V4L2 events provide a generic way to pass events to user space.
1023 The driver must use v4l2_fh to be able to support V4L2 events.
1024
1025 Events are defined by a type and an optional ID. The ID may refer to a V4L2
1026 object such as a control ID. If unused, then the ID is 0.
1027
1028 When the user subscribes to an event the driver will allocate a number of
1029 kevent structs for that event. So every (type, ID) event tuple will have
1030 its own set of kevent structs. This guarantees that if a driver is generating
1031 lots of events of one type in a short time, then that will not overwrite
1032 events of another type.
1033
1034 But if you get more events of one type than the number of kevents that were
1035 reserved, then the oldest event will be dropped and the new one added.
1036
1037 Furthermore, the internal struct v4l2_subscribed_event has merge() and
1038 replace() callbacks which drivers can set. These callbacks are called when
1039 a new event is raised and there is no more room. The replace() callback
1040 allows you to replace the payload of the old event with that of the new event,
1041 merging any relevant data from the old payload into the new payload that
1042 replaces it. It is called when this event type has only one kevent struct
1043 allocated. The merge() callback allows you to merge the oldest event payload
1044 into that of the second-oldest event payload. It is called when there are two
1045 or more kevent structs allocated.
1046
1047 This way no status information is lost, just the intermediate steps leading
1048 up to that state.
1049
1050 A good example of these replace/merge callbacks is in v4l2-event.c:
1051 ctrls_replace() and ctrls_merge() callbacks for the control event.
1052
1053 Note: these callbacks can be called from interrupt context, so they must be
1054 fast.
1055
1056 Useful functions:
1057
1058 void v4l2_event_queue(struct video_device *vdev, const struct v4l2_event *ev)
1059
1060   Queue events to video device. The driver's only responsibility is to fill
1061   in the type and the data fields. The other fields will be filled in by
1062   V4L2.
1063
1064 int v4l2_event_subscribe(struct v4l2_fh *fh,
1065                          struct v4l2_event_subscription *sub, unsigned elems,
1066                          const struct v4l2_subscribed_event_ops *ops)
1067
1068   The video_device->ioctl_ops->vidioc_subscribe_event must check the driver
1069   is able to produce events with specified event id. Then it calls
1070   v4l2_event_subscribe() to subscribe the event.
1071
1072   The elems argument is the size of the event queue for this event. If it is 0,
1073   then the framework will fill in a default value (this depends on the event
1074   type).
1075
1076   The ops argument allows the driver to specify a number of callbacks:
1077   * add:     called when a new listener gets added (subscribing to the same
1078              event twice will only cause this callback to get called once)
1079   * del:     called when a listener stops listening
1080   * replace: replace event 'old' with event 'new'.
1081   * merge:   merge event 'old' into event 'new'.
1082   All 4 callbacks are optional, if you don't want to specify any callbacks
1083   the ops argument itself maybe NULL.
1084
1085 int v4l2_event_unsubscribe(struct v4l2_fh *fh,
1086                            struct v4l2_event_subscription *sub)
1087
1088   vidioc_unsubscribe_event in struct v4l2_ioctl_ops. A driver may use
1089   v4l2_event_unsubscribe() directly unless it wants to be involved in
1090   unsubscription process.
1091
1092   The special type V4L2_EVENT_ALL may be used to unsubscribe all events. The
1093   drivers may want to handle this in a special way.
1094
1095 int v4l2_event_pending(struct v4l2_fh *fh)
1096
1097   Returns the number of pending events. Useful when implementing poll.
1098
1099 Events are delivered to user space through the poll system call. The driver
1100 can use v4l2_fh->wait (a wait_queue_head_t) as the argument for poll_wait().
1101
1102 There are standard and private events. New standard events must use the
1103 smallest available event type. The drivers must allocate their events from
1104 their own class starting from class base. Class base is
1105 V4L2_EVENT_PRIVATE_START + n * 1000 where n is the lowest available number.
1106 The first event type in the class is reserved for future use, so the first
1107 available event type is 'class base + 1'.
1108
1109 An example on how the V4L2 events may be used can be found in the OMAP
1110 3 ISP driver (drivers/media/platform/omap3isp).
1111
1112
1113 V4L2 clocks
1114 -----------
1115
1116 Many subdevices, like camera sensors, TV decoders and encoders, need a clock
1117 signal to be supplied by the system. Often this clock is supplied by the
1118 respective bridge device. The Linux kernel provides a Common Clock Framework for
1119 this purpose. However, it is not (yet) available on all architectures. Besides,
1120 the nature of the multi-functional (clock, data + synchronisation, I2C control)
1121 connection of subdevices to the system might impose special requirements on the
1122 clock API usage. E.g. V4L2 has to support clock provider driver unregistration
1123 while a subdevice driver is holding a reference to the clock. For these reasons
1124 a V4L2 clock helper API has been developed and is provided to bridge and
1125 subdevice drivers.
1126
1127 The API consists of two parts: two functions to register and unregister a V4L2
1128 clock source: v4l2_clk_register() and v4l2_clk_unregister() and calls to control
1129 a clock object, similar to the respective generic clock API calls:
1130 v4l2_clk_get(), v4l2_clk_put(), v4l2_clk_enable(), v4l2_clk_disable(),
1131 v4l2_clk_get_rate(), and v4l2_clk_set_rate(). Clock suppliers have to provide
1132 clock operations that will be called when clock users invoke respective API
1133 methods.
1134
1135 It is expected that once the CCF becomes available on all relevant
1136 architectures this API will be removed.