Merge git://git.kvack.org/~bcrl/aio-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 A good example to look at as a reference is the v4l2-pci-skeleton.c
38 source that is available in this directory. It is a skeleton driver for
39 a PCI capture card, and demonstrates how to use the V4L2 driver
40 framework. It can be used as a template for real PCI video capture driver.
41
42 Structure of a driver
43 ---------------------
44
45 All drivers have the following structure:
46
47 1) A struct for each device instance containing the device state.
48
49 2) A way of initializing and commanding sub-devices (if any).
50
51 3) Creating V4L2 device nodes (/dev/videoX, /dev/vbiX and /dev/radioX)
52    and keeping track of device-node specific data.
53
54 4) Filehandle-specific structs containing per-filehandle data;
55
56 5) video buffer handling.
57
58 This is a rough schematic of how it all relates:
59
60     device instances
61       |
62       +-sub-device instances
63       |
64       \-V4L2 device nodes
65           |
66           \-filehandle instances
67
68
69 Structure of the framework
70 --------------------------
71
72 The framework closely resembles the driver structure: it has a v4l2_device
73 struct for the device instance data, a v4l2_subdev struct to refer to
74 sub-device instances, the video_device struct stores V4L2 device node data
75 and the v4l2_fh struct keeps track of filehandle instances.
76
77 The V4L2 framework also optionally integrates with the media framework. If a
78 driver sets the struct v4l2_device mdev field, sub-devices and video nodes
79 will automatically appear in the media framework as entities.
80
81
82 struct v4l2_device
83 ------------------
84
85 Each device instance is represented by a struct v4l2_device (v4l2-device.h).
86 Very simple devices can just allocate this struct, but most of the time you
87 would embed this struct inside a larger struct.
88
89 You must register the device instance:
90
91         v4l2_device_register(struct device *dev, struct v4l2_device *v4l2_dev);
92
93 Registration will initialize the v4l2_device struct. If the dev->driver_data
94 field is NULL, it will be linked to v4l2_dev.
95
96 Drivers that want integration with the media device framework need to set
97 dev->driver_data manually to point to the driver-specific device structure
98 that embed the struct v4l2_device instance. This is achieved by a
99 dev_set_drvdata() call before registering the V4L2 device instance. They must
100 also set the struct v4l2_device mdev field to point to a properly initialized
101 and registered media_device instance.
102
103 If v4l2_dev->name is empty then it will be set to a value derived from dev
104 (driver name followed by the bus_id, to be precise). If you set it up before
105 calling v4l2_device_register then it will be untouched. If dev is NULL, then
106 you *must* setup v4l2_dev->name before calling v4l2_device_register.
107
108 You can use v4l2_device_set_name() to set the name based on a driver name and
109 a driver-global atomic_t instance. This will generate names like ivtv0, ivtv1,
110 etc. If the name ends with a digit, then it will insert a dash: cx18-0,
111 cx18-1, etc. This function returns the instance number.
112
113 The first 'dev' argument is normally the struct device pointer of a pci_dev,
114 usb_interface or platform_device. It is rare for dev to be NULL, but it happens
115 with ISA devices or when one device creates multiple PCI devices, thus making
116 it impossible to associate v4l2_dev with a particular parent.
117
118 You can also supply a notify() callback that can be called by sub-devices to
119 notify you of events. Whether you need to set this depends on the sub-device.
120 Any notifications a sub-device supports must be defined in a header in
121 include/media/<subdevice>.h.
122
123 You unregister with:
124
125         v4l2_device_unregister(struct v4l2_device *v4l2_dev);
126
127 If the dev->driver_data field points to v4l2_dev, it will be reset to NULL.
128 Unregistering will also automatically unregister all subdevs from the device.
129
130 If you have a hotpluggable device (e.g. a USB device), then when a disconnect
131 happens the parent device becomes invalid. Since v4l2_device has a pointer to
132 that parent device it has to be cleared as well to mark that the parent is
133 gone. To do this call:
134
135         v4l2_device_disconnect(struct v4l2_device *v4l2_dev);
136
137 This does *not* unregister the subdevs, so you still need to call the
138 v4l2_device_unregister() function for that. If your driver is not hotpluggable,
139 then there is no need to call v4l2_device_disconnect().
140
141 Sometimes you need to iterate over all devices registered by a specific
142 driver. This is usually the case if multiple device drivers use the same
143 hardware. E.g. the ivtvfb driver is a framebuffer driver that uses the ivtv
144 hardware. The same is true for alsa drivers for example.
145
146 You can iterate over all registered devices as follows:
147
148 static int callback(struct device *dev, void *p)
149 {
150         struct v4l2_device *v4l2_dev = dev_get_drvdata(dev);
151
152         /* test if this device was inited */
153         if (v4l2_dev == NULL)
154                 return 0;
155         ...
156         return 0;
157 }
158
159 int iterate(void *p)
160 {
161         struct device_driver *drv;
162         int err;
163
164         /* Find driver 'ivtv' on the PCI bus.
165            pci_bus_type is a global. For USB busses use usb_bus_type. */
166         drv = driver_find("ivtv", &pci_bus_type);
167         /* iterate over all ivtv device instances */
168         err = driver_for_each_device(drv, NULL, p, callback);
169         put_driver(drv);
170         return err;
171 }
172
173 Sometimes you need to keep a running counter of the device instance. This is
174 commonly used to map a device instance to an index of a module option array.
175
176 The recommended approach is as follows:
177
178 static atomic_t drv_instance = ATOMIC_INIT(0);
179
180 static int drv_probe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *pci_id)
181 {
182         ...
183         state->instance = atomic_inc_return(&drv_instance) - 1;
184 }
185
186 If you have multiple device nodes then it can be difficult to know when it is
187 safe to unregister v4l2_device for hotpluggable devices. For this purpose
188 v4l2_device has refcounting support. The refcount is increased whenever
189 video_register_device is called and it is decreased whenever that device node
190 is released. When the refcount reaches zero, then the v4l2_device release()
191 callback is called. You can do your final cleanup there.
192
193 If other device nodes (e.g. ALSA) are created, then you can increase and
194 decrease the refcount manually as well by calling:
195
196 void v4l2_device_get(struct v4l2_device *v4l2_dev);
197
198 or:
199
200 int v4l2_device_put(struct v4l2_device *v4l2_dev);
201
202 Since the initial refcount is 1 you also need to call v4l2_device_put in the
203 disconnect() callback (for USB devices) or in the remove() callback (for e.g.
204 PCI devices), otherwise the refcount will never reach 0.
205
206 struct v4l2_subdev
207 ------------------
208
209 Many drivers need to communicate with sub-devices. These devices can do all
210 sort of tasks, but most commonly they handle audio and/or video muxing,
211 encoding or decoding. For webcams common sub-devices are sensors and camera
212 controllers.
213
214 Usually these are I2C devices, but not necessarily. In order to provide the
215 driver with a consistent interface to these sub-devices the v4l2_subdev struct
216 (v4l2-subdev.h) was created.
217
218 Each sub-device driver must have a v4l2_subdev struct. This struct can be
219 stand-alone for simple sub-devices or it might be embedded in a larger struct
220 if more state information needs to be stored. Usually there is a low-level
221 device struct (e.g. i2c_client) that contains the device data as setup
222 by the kernel. It is recommended to store that pointer in the private
223 data of v4l2_subdev using v4l2_set_subdevdata(). That makes it easy to go
224 from a v4l2_subdev to the actual low-level bus-specific device data.
225
226 You also need a way to go from the low-level struct to v4l2_subdev. For the
227 common i2c_client struct the i2c_set_clientdata() call is used to store a
228 v4l2_subdev pointer, for other busses you may have to use other methods.
229
230 Bridges might also need to store per-subdev private data, such as a pointer to
231 bridge-specific per-subdev private data. The v4l2_subdev structure provides
232 host private data for that purpose that can be accessed with
233 v4l2_get_subdev_hostdata() and v4l2_set_subdev_hostdata().
234
235 From the bridge driver perspective you load the sub-device module and somehow
236 obtain the v4l2_subdev pointer. For i2c devices this is easy: you call
237 i2c_get_clientdata(). For other busses something similar needs to be done.
238 Helper functions exists for sub-devices on an I2C bus that do most of this
239 tricky work for you.
240
241 Each v4l2_subdev contains function pointers that sub-device drivers can
242 implement (or leave NULL if it is not applicable). Since sub-devices can do
243 so many different things and you do not want to end up with a huge ops struct
244 of which only a handful of ops are commonly implemented, the function pointers
245 are sorted according to category and each category has its own ops struct.
246
247 The top-level ops struct contains pointers to the category ops structs, which
248 may be NULL if the subdev driver does not support anything from that category.
249
250 It looks like this:
251
252 struct v4l2_subdev_core_ops {
253         int (*log_status)(struct v4l2_subdev *sd);
254         int (*init)(struct v4l2_subdev *sd, u32 val);
255         ...
256 };
257
258 struct v4l2_subdev_tuner_ops {
259         ...
260 };
261
262 struct v4l2_subdev_audio_ops {
263         ...
264 };
265
266 struct v4l2_subdev_video_ops {
267         ...
268 };
269
270 struct v4l2_subdev_pad_ops {
271         ...
272 };
273
274 struct v4l2_subdev_ops {
275         const struct v4l2_subdev_core_ops  *core;
276         const struct v4l2_subdev_tuner_ops *tuner;
277         const struct v4l2_subdev_audio_ops *audio;
278         const struct v4l2_subdev_video_ops *video;
279         const struct v4l2_subdev_pad_ops *video;
280 };
281
282 The core ops are common to all subdevs, the other categories are implemented
283 depending on the sub-device. E.g. a video device is unlikely to support the
284 audio ops and vice versa.
285
286 This setup limits the number of function pointers while still making it easy
287 to add new ops and categories.
288
289 A sub-device driver initializes the v4l2_subdev struct using:
290
291         v4l2_subdev_init(sd, &ops);
292
293 Afterwards you need to initialize subdev->name with a unique name and set the
294 module owner. This is done for you if you use the i2c helper functions.
295
296 If integration with the media framework is needed, you must initialize the
297 media_entity struct embedded in the v4l2_subdev struct (entity field) by
298 calling media_entity_init():
299
300         struct media_pad *pads = &my_sd->pads;
301         int err;
302
303         err = media_entity_init(&sd->entity, npads, pads, 0);
304
305 The pads array must have been previously initialized. There is no need to
306 manually set the struct media_entity type and name fields, but the revision
307 field must be initialized if needed.
308
309 A reference to the entity will be automatically acquired/released when the
310 subdev device node (if any) is opened/closed.
311
312 Don't forget to cleanup the media entity before the sub-device is destroyed:
313
314         media_entity_cleanup(&sd->entity);
315
316 If the subdev driver intends to process video and integrate with the media
317 framework, it must implement format related functionality using
318 v4l2_subdev_pad_ops instead of v4l2_subdev_video_ops.
319
320 In that case, the subdev driver may set the link_validate field to provide
321 its own link validation function. The link validation function is called for
322 every link in the pipeline where both of the ends of the links are V4L2
323 sub-devices. The driver is still responsible for validating the correctness
324 of the format configuration between sub-devices and video nodes.
325
326 If link_validate op is not set, the default function
327 v4l2_subdev_link_validate_default() is used instead. This function ensures
328 that width, height and the media bus pixel code are equal on both source and
329 sink of the link. Subdev drivers are also free to use this function to
330 perform the checks mentioned above in addition to their own checks.
331
332 There are currently two ways to register subdevices with the V4L2 core. The
333 first (traditional) possibility is to have subdevices registered by bridge
334 drivers. This can be done when the bridge driver has the complete information
335 about subdevices connected to it and knows exactly when to register them. This
336 is typically the case for internal subdevices, like video data processing units
337 within SoCs or complex PCI(e) boards, camera sensors in USB cameras or connected
338 to SoCs, which pass information about them to bridge drivers, usually in their
339 platform data.
340
341 There are however also situations where subdevices have to be registered
342 asynchronously to bridge devices. An example of such a configuration is a Device
343 Tree based system where information about subdevices is made available to the
344 system independently from the bridge devices, e.g. when subdevices are defined
345 in DT as I2C device nodes. The API used in this second case is described further
346 below.
347
348 Using one or the other registration method only affects the probing process, the
349 run-time bridge-subdevice interaction is in both cases the same.
350
351 In the synchronous case a device (bridge) driver needs to register the
352 v4l2_subdev with the v4l2_device:
353
354         int err = v4l2_device_register_subdev(v4l2_dev, sd);
355
356 This can fail if the subdev module disappeared before it could be registered.
357 After this function was called successfully the subdev->dev field points to
358 the v4l2_device.
359
360 If the v4l2_device parent device has a non-NULL mdev field, the sub-device
361 entity will be automatically registered with the media device.
362
363 You can unregister a sub-device using:
364
365         v4l2_device_unregister_subdev(sd);
366
367 Afterwards the subdev module can be unloaded and sd->dev == NULL.
368
369 You can call an ops function either directly:
370
371         err = sd->ops->core->g_std(sd, &norm);
372
373 but it is better and easier to use this macro:
374
375         err = v4l2_subdev_call(sd, core, g_std, &norm);
376
377 The macro will to the right NULL pointer checks and returns -ENODEV if subdev
378 is NULL, -ENOIOCTLCMD if either subdev->core or subdev->core->g_std is
379 NULL, or the actual result of the subdev->ops->core->g_std ops.
380
381 It is also possible to call all or a subset of the sub-devices:
382
383         v4l2_device_call_all(v4l2_dev, 0, core, g_std, &norm);
384
385 Any subdev that does not support this ops is skipped and error results are
386 ignored. If you want to check for errors use this:
387
388         err = v4l2_device_call_until_err(v4l2_dev, 0, core, g_std, &norm);
389
390 Any error except -ENOIOCTLCMD will exit the loop with that error. If no
391 errors (except -ENOIOCTLCMD) occurred, then 0 is returned.
392
393 The second argument to both calls is a group ID. If 0, then all subdevs are
394 called. If non-zero, then only those whose group ID match that value will
395 be called. Before a bridge driver registers a subdev it can set sd->grp_id
396 to whatever value it wants (it's 0 by default). This value is owned by the
397 bridge driver and the sub-device driver will never modify or use it.
398
399 The group ID gives the bridge driver more control how callbacks are called.
400 For example, there may be multiple audio chips on a board, each capable of
401 changing the volume. But usually only one will actually be used when the
402 user want to change the volume. You can set the group ID for that subdev to
403 e.g. AUDIO_CONTROLLER and specify that as the group ID value when calling
404 v4l2_device_call_all(). That ensures that it will only go to the subdev
405 that needs it.
406
407 If the sub-device needs to notify its v4l2_device parent of an event, then
408 it can call v4l2_subdev_notify(sd, notification, arg). This macro checks
409 whether there is a notify() callback defined and returns -ENODEV if not.
410 Otherwise the result of the notify() call is returned.
411
412 The advantage of using v4l2_subdev is that it is a generic struct and does
413 not contain any knowledge about the underlying hardware. So a driver might
414 contain several subdevs that use an I2C bus, but also a subdev that is
415 controlled through GPIO pins. This distinction is only relevant when setting
416 up the device, but once the subdev is registered it is completely transparent.
417
418
419 In the asynchronous case subdevice probing can be invoked independently of the
420 bridge driver availability. The subdevice driver then has to verify whether all
421 the requirements for a successful probing are satisfied. This can include a
422 check for a master clock availability. If any of the conditions aren't satisfied
423 the driver might decide to return -EPROBE_DEFER to request further reprobing
424 attempts. Once all conditions are met the subdevice shall be registered using
425 the v4l2_async_register_subdev() function. Unregistration is performed using
426 the v4l2_async_unregister_subdev() call. Subdevices registered this way are
427 stored in a global list of subdevices, ready to be picked up by bridge drivers.
428
429 Bridge drivers in turn have to register a notifier object with an array of
430 subdevice descriptors that the bridge device needs for its operation. This is
431 performed using the v4l2_async_notifier_register() call. To unregister the
432 notifier the driver has to call v4l2_async_notifier_unregister(). The former of
433 the two functions takes two arguments: a pointer to struct v4l2_device and a
434 pointer to struct v4l2_async_notifier. The latter contains a pointer to an array
435 of pointers to subdevice descriptors of type struct v4l2_async_subdev type. The
436 V4L2 core will then use these descriptors to match asynchronously registered
437 subdevices to them. If a match is detected the .bound() notifier callback is
438 called. After all subdevices have been located the .complete() callback is
439 called. When a subdevice is removed from the system the .unbind() method is
440 called. All three callbacks are optional.
441
442
443 V4L2 sub-device userspace API
444 -----------------------------
445
446 Beside exposing a kernel API through the v4l2_subdev_ops structure, V4L2
447 sub-devices can also be controlled directly by userspace applications.
448
449 Device nodes named v4l-subdevX can be created in /dev to access sub-devices
450 directly. If a sub-device supports direct userspace configuration it must set
451 the V4L2_SUBDEV_FL_HAS_DEVNODE flag before being registered.
452
453 After registering sub-devices, the v4l2_device driver can create device nodes
454 for all registered sub-devices marked with V4L2_SUBDEV_FL_HAS_DEVNODE by calling
455 v4l2_device_register_subdev_nodes(). Those device nodes will be automatically
456 removed when sub-devices are unregistered.
457
458 The device node handles a subset of the V4L2 API.
459
460 VIDIOC_QUERYCTRL
461 VIDIOC_QUERYMENU
462 VIDIOC_G_CTRL
463 VIDIOC_S_CTRL
464 VIDIOC_G_EXT_CTRLS
465 VIDIOC_S_EXT_CTRLS
466 VIDIOC_TRY_EXT_CTRLS
467
468         The controls ioctls are identical to the ones defined in V4L2. They
469         behave identically, with the only exception that they deal only with
470         controls implemented in the sub-device. Depending on the driver, those
471         controls can be also be accessed through one (or several) V4L2 device
472         nodes.
473
474 VIDIOC_DQEVENT
475 VIDIOC_SUBSCRIBE_EVENT
476 VIDIOC_UNSUBSCRIBE_EVENT
477
478         The events ioctls are identical to the ones defined in V4L2. They
479         behave identically, with the only exception that they deal only with
480         events generated by the sub-device. Depending on the driver, those
481         events can also be reported by one (or several) V4L2 device nodes.
482
483         Sub-device drivers that want to use events need to set the
484         V4L2_SUBDEV_USES_EVENTS v4l2_subdev::flags and initialize
485         v4l2_subdev::nevents to events queue depth before registering the
486         sub-device. After registration events can be queued as usual on the
487         v4l2_subdev::devnode device node.
488
489         To properly support events, the poll() file operation is also
490         implemented.
491
492 Private ioctls
493
494         All ioctls not in the above list are passed directly to the sub-device
495         driver through the core::ioctl operation.
496
497
498 I2C sub-device drivers
499 ----------------------
500
501 Since these drivers are so common, special helper functions are available to
502 ease the use of these drivers (v4l2-common.h).
503
504 The recommended method of adding v4l2_subdev support to an I2C driver is to
505 embed the v4l2_subdev struct into the state struct that is created for each
506 I2C device instance. Very simple devices have no state struct and in that case
507 you can just create a v4l2_subdev directly.
508
509 A typical state struct would look like this (where 'chipname' is replaced by
510 the name of the chip):
511
512 struct chipname_state {
513         struct v4l2_subdev sd;
514         ...  /* additional state fields */
515 };
516
517 Initialize the v4l2_subdev struct as follows:
518
519         v4l2_i2c_subdev_init(&state->sd, client, subdev_ops);
520
521 This function will fill in all the fields of v4l2_subdev and ensure that the
522 v4l2_subdev and i2c_client both point to one another.
523
524 You should also add a helper inline function to go from a v4l2_subdev pointer
525 to a chipname_state struct:
526
527 static inline struct chipname_state *to_state(struct v4l2_subdev *sd)
528 {
529         return container_of(sd, struct chipname_state, sd);
530 }
531
532 Use this to go from the v4l2_subdev struct to the i2c_client struct:
533
534         struct i2c_client *client = v4l2_get_subdevdata(sd);
535
536 And this to go from an i2c_client to a v4l2_subdev struct:
537
538         struct v4l2_subdev *sd = i2c_get_clientdata(client);
539
540 Make sure to call v4l2_device_unregister_subdev(sd) when the remove() callback
541 is called. This will unregister the sub-device from the bridge driver. It is
542 safe to call this even if the sub-device was never registered.
543
544 You need to do this because when the bridge driver destroys the i2c adapter
545 the remove() callbacks are called of the i2c devices on that adapter.
546 After that the corresponding v4l2_subdev structures are invalid, so they
547 have to be unregistered first. Calling v4l2_device_unregister_subdev(sd)
548 from the remove() callback ensures that this is always done correctly.
549
550
551 The bridge driver also has some helper functions it can use:
552
553 struct v4l2_subdev *sd = v4l2_i2c_new_subdev(v4l2_dev, adapter,
554                "module_foo", "chipid", 0x36, NULL);
555
556 This loads the given module (can be NULL if no module needs to be loaded) and
557 calls i2c_new_device() with the given i2c_adapter and chip/address arguments.
558 If all goes well, then it registers the subdev with the v4l2_device.
559
560 You can also use the last argument of v4l2_i2c_new_subdev() to pass an array
561 of possible I2C addresses that it should probe. These probe addresses are
562 only used if the previous argument is 0. A non-zero argument means that you
563 know the exact i2c address so in that case no probing will take place.
564
565 Both functions return NULL if something went wrong.
566
567 Note that the chipid you pass to v4l2_i2c_new_subdev() is usually
568 the same as the module name. It allows you to specify a chip variant, e.g.
569 "saa7114" or "saa7115". In general though the i2c driver autodetects this.
570 The use of chipid is something that needs to be looked at more closely at a
571 later date. It differs between i2c drivers and as such can be confusing.
572 To see which chip variants are supported you can look in the i2c driver code
573 for the i2c_device_id table. This lists all the possibilities.
574
575 There are two more helper functions:
576
577 v4l2_i2c_new_subdev_cfg: this function adds new irq and platform_data
578 arguments and has both 'addr' and 'probed_addrs' arguments: if addr is not
579 0 then that will be used (non-probing variant), otherwise the probed_addrs
580 are probed.
581
582 For example: this will probe for address 0x10:
583
584 struct v4l2_subdev *sd = v4l2_i2c_new_subdev_cfg(v4l2_dev, adapter,
585                "module_foo", "chipid", 0, NULL, 0, I2C_ADDRS(0x10));
586
587 v4l2_i2c_new_subdev_board uses an i2c_board_info struct which is passed
588 to the i2c driver and replaces the irq, platform_data and addr arguments.
589
590 If the subdev supports the s_config core ops, then that op is called with
591 the irq and platform_data arguments after the subdev was setup. The older
592 v4l2_i2c_new_(probed_)subdev functions will call s_config as well, but with
593 irq set to 0 and platform_data set to NULL.
594
595 struct video_device
596 -------------------
597
598 The actual device nodes in the /dev directory are created using the
599 video_device struct (v4l2-dev.h). This struct can either be allocated
600 dynamically or embedded in a larger struct.
601
602 To allocate it dynamically use:
603
604         struct video_device *vdev = video_device_alloc();
605
606         if (vdev == NULL)
607                 return -ENOMEM;
608
609         vdev->release = video_device_release;
610
611 If you embed it in a larger struct, then you must set the release()
612 callback to your own function:
613
614         struct video_device *vdev = &my_vdev->vdev;
615
616         vdev->release = my_vdev_release;
617
618 The release callback must be set and it is called when the last user
619 of the video device exits.
620
621 The default video_device_release() callback just calls kfree to free the
622 allocated memory.
623
624 There is also a video_device_release_empty() function that does nothing
625 (is empty) and can be used if the struct is embedded and there is nothing
626 to do when it is released.
627
628 You should also set these fields:
629
630 - v4l2_dev: must be set to the v4l2_device parent device.
631
632 - name: set to something descriptive and unique.
633
634 - vfl_dir: set this to VFL_DIR_RX for capture devices (VFL_DIR_RX has value 0,
635   so this is normally already the default), set to VFL_DIR_TX for output
636   devices and VFL_DIR_M2M for mem2mem (codec) devices.
637
638 - fops: set to the v4l2_file_operations struct.
639
640 - ioctl_ops: if you use the v4l2_ioctl_ops to simplify ioctl maintenance
641   (highly recommended to use this and it might become compulsory in the
642   future!), then set this to your v4l2_ioctl_ops struct. The vfl_type and
643   vfl_dir fields are used to disable ops that do not match the type/dir
644   combination. E.g. VBI ops are disabled for non-VBI nodes, and output ops
645   are disabled for a capture device. This makes it possible to provide
646   just one v4l2_ioctl_ops struct for both vbi and video nodes.
647
648 - lock: leave to NULL if you want to do all the locking in the driver.
649   Otherwise you give it a pointer to a struct mutex_lock and before the
650   unlocked_ioctl file operation is called this lock will be taken by the
651   core and released afterwards. See the next section for more details.
652
653 - queue: a pointer to the struct vb2_queue associated with this device node.
654   If queue is non-NULL, and queue->lock is non-NULL, then queue->lock is
655   used for the queuing ioctls (VIDIOC_REQBUFS, CREATE_BUFS, QBUF, DQBUF,
656   QUERYBUF, PREPARE_BUF, STREAMON and STREAMOFF) instead of the lock above.
657   That way the vb2 queuing framework does not have to wait for other ioctls.
658   This queue pointer is also used by the vb2 helper functions to check for
659   queuing ownership (i.e. is the filehandle calling it allowed to do the
660   operation).
661
662 - prio: keeps track of the priorities. Used to implement VIDIOC_G/S_PRIORITY.
663   If left to NULL, then it will use the struct v4l2_prio_state in v4l2_device.
664   If you want to have a separate priority state per (group of) device node(s),
665   then you can point it to your own struct v4l2_prio_state.
666
667 - dev_parent: you only set this if v4l2_device was registered with NULL as
668   the parent device struct. This only happens in cases where one hardware
669   device has multiple PCI devices that all share the same v4l2_device core.
670
671   The cx88 driver is an example of this: one core v4l2_device struct, but
672   it is used by both a raw video PCI device (cx8800) and a MPEG PCI device
673   (cx8802). Since the v4l2_device cannot be associated with two PCI devices
674   at the same time it is setup without a parent device. But when the struct
675   video_device is initialized you *do* know which parent PCI device to use and
676   so you set dev_device to the correct PCI device.
677
678 - flags: optional. Set to V4L2_FL_USE_FH_PRIO if you want to let the framework
679   handle the VIDIOC_G/S_PRIORITY ioctls. This requires that you use struct
680   v4l2_fh. Eventually this flag will disappear once all drivers use the core
681   priority handling. But for now it has to be set explicitly.
682
683 If you use v4l2_ioctl_ops, then you should set .unlocked_ioctl to video_ioctl2
684 in your v4l2_file_operations struct.
685
686 Do not use .ioctl! This is deprecated and will go away in the future.
687
688 In some cases you want to tell the core that a function you had specified in
689 your v4l2_ioctl_ops should be ignored. You can mark such ioctls by calling this
690 function before video_device_register is called:
691
692 void v4l2_disable_ioctl(struct video_device *vdev, unsigned int cmd);
693
694 This tends to be needed if based on external factors (e.g. which card is
695 being used) you want to turns off certain features in v4l2_ioctl_ops without
696 having to make a new struct.
697
698 The v4l2_file_operations struct is a subset of file_operations. The main
699 difference is that the inode argument is omitted since it is never used.
700
701 If integration with the media framework is needed, you must initialize the
702 media_entity struct embedded in the video_device struct (entity field) by
703 calling media_entity_init():
704
705         struct media_pad *pad = &my_vdev->pad;
706         int err;
707
708         err = media_entity_init(&vdev->entity, 1, pad, 0);
709
710 The pads array must have been previously initialized. There is no need to
711 manually set the struct media_entity type and name fields.
712
713 A reference to the entity will be automatically acquired/released when the
714 video device is opened/closed.
715
716 ioctls and locking
717 ------------------
718
719 The V4L core provides optional locking services. The main service is the
720 lock field in struct video_device, which is a pointer to a mutex. If you set
721 this pointer, then that will be used by unlocked_ioctl to serialize all ioctls.
722
723 If you are using the videobuf2 framework, then there is a second lock that you
724 can set: video_device->queue->lock. If set, then this lock will be used instead
725 of video_device->lock to serialize all queuing ioctls (see the previous section
726 for the full list of those ioctls).
727
728 The advantage of using a different lock for the queuing ioctls is that for some
729 drivers (particularly USB drivers) certain commands such as setting controls
730 can take a long time, so you want to use a separate lock for the buffer queuing
731 ioctls. That way your VIDIOC_DQBUF doesn't stall because the driver is busy
732 changing the e.g. exposure of the webcam.
733
734 Of course, you can always do all the locking yourself by leaving both lock
735 pointers at NULL.
736
737 If you use the old videobuf then you must pass the video_device lock to the
738 videobuf queue initialize function: if videobuf has to wait for a frame to
739 arrive, then it will temporarily unlock the lock and relock it afterwards. If
740 your driver also waits in the code, then you should do the same to allow other
741 processes to access the device node while the first process is waiting for
742 something.
743
744 In the case of videobuf2 you will need to implement the wait_prepare and
745 wait_finish callbacks to unlock/lock if applicable. If you use the queue->lock
746 pointer, then you can use the helper functions vb2_ops_wait_prepare/finish.
747
748 The implementation of a hotplug disconnect should also take the lock from
749 video_device before calling v4l2_device_disconnect. If you are also using
750 video_device->queue->lock, then you have to first lock video_device->queue->lock
751 followed by video_device->lock. That way you can be sure no ioctl is running
752 when you call v4l2_device_disconnect.
753
754 video_device registration
755 -------------------------
756
757 Next you register the video device: this will create the character device
758 for you.
759
760         err = video_register_device(vdev, VFL_TYPE_GRABBER, -1);
761         if (err) {
762                 video_device_release(vdev); /* or kfree(my_vdev); */
763                 return err;
764         }
765
766 If the v4l2_device parent device has a non-NULL mdev field, the video device
767 entity will be automatically registered with the media device.
768
769 Which device is registered depends on the type argument. The following
770 types exist:
771
772 VFL_TYPE_GRABBER: videoX for video input/output devices
773 VFL_TYPE_VBI: vbiX for vertical blank data (i.e. closed captions, teletext)
774 VFL_TYPE_RADIO: radioX for radio tuners
775 VFL_TYPE_SDR: swradioX for Software Defined Radio tuners
776
777 The last argument gives you a certain amount of control over the device
778 device node number used (i.e. the X in videoX). Normally you will pass -1
779 to let the v4l2 framework pick the first free number. But sometimes users
780 want to select a specific node number. It is common that drivers allow
781 the user to select a specific device node number through a driver module
782 option. That number is then passed to this function and video_register_device
783 will attempt to select that device node number. If that number was already
784 in use, then the next free device node number will be selected and it
785 will send a warning to the kernel log.
786
787 Another use-case is if a driver creates many devices. In that case it can
788 be useful to place different video devices in separate ranges. For example,
789 video capture devices start at 0, video output devices start at 16.
790 So you can use the last argument to specify a minimum device node number
791 and the v4l2 framework will try to pick the first free number that is equal
792 or higher to what you passed. If that fails, then it will just pick the
793 first free number.
794
795 Since in this case you do not care about a warning about not being able
796 to select the specified device node number, you can call the function
797 video_register_device_no_warn() instead.
798
799 Whenever a device node is created some attributes are also created for you.
800 If you look in /sys/class/video4linux you see the devices. Go into e.g.
801 video0 and you will see 'name' and 'index' attributes. The 'name' attribute
802 is the 'name' field of the video_device struct.
803
804 The 'index' attribute is the index of the device node: for each call to
805 video_register_device() the index is just increased by 1. The first video
806 device node you register always starts with index 0.
807
808 Users can setup udev rules that utilize the index attribute to make fancy
809 device names (e.g. 'mpegX' for MPEG video capture device nodes).
810
811 After the device was successfully registered, then you can use these fields:
812
813 - vfl_type: the device type passed to video_register_device.
814 - minor: the assigned device minor number.
815 - num: the device node number (i.e. the X in videoX).
816 - index: the device index number.
817
818 If the registration failed, then you need to call video_device_release()
819 to free the allocated video_device struct, or free your own struct if the
820 video_device was embedded in it. The vdev->release() callback will never
821 be called if the registration failed, nor should you ever attempt to
822 unregister the device if the registration failed.
823
824
825 video_device cleanup
826 --------------------
827
828 When the video device nodes have to be removed, either during the unload
829 of the driver or because the USB device was disconnected, then you should
830 unregister them:
831
832         video_unregister_device(vdev);
833
834 This will remove the device nodes from sysfs (causing udev to remove them
835 from /dev).
836
837 After video_unregister_device() returns no new opens can be done. However,
838 in the case of USB devices some application might still have one of these
839 device nodes open. So after the unregister all file operations (except
840 release, of course) will return an error as well.
841
842 When the last user of the video device node exits, then the vdev->release()
843 callback is called and you can do the final cleanup there.
844
845 Don't forget to cleanup the media entity associated with the video device if
846 it has been initialized:
847
848         media_entity_cleanup(&vdev->entity);
849
850 This can be done from the release callback.
851
852
853 video_device helper functions
854 -----------------------------
855
856 There are a few useful helper functions:
857
858 - file/video_device private data
859
860 You can set/get driver private data in the video_device struct using:
861
862 void *video_get_drvdata(struct video_device *vdev);
863 void video_set_drvdata(struct video_device *vdev, void *data);
864
865 Note that you can safely call video_set_drvdata() before calling
866 video_register_device().
867
868 And this function:
869
870 struct video_device *video_devdata(struct file *file);
871
872 returns the video_device belonging to the file struct.
873
874 The video_drvdata function combines video_get_drvdata with video_devdata:
875
876 void *video_drvdata(struct file *file);
877
878 You can go from a video_device struct to the v4l2_device struct using:
879
880 struct v4l2_device *v4l2_dev = vdev->v4l2_dev;
881
882 - Device node name
883
884 The video_device node kernel name can be retrieved using
885
886 const char *video_device_node_name(struct video_device *vdev);
887
888 The name is used as a hint by userspace tools such as udev. The function
889 should be used where possible instead of accessing the video_device::num and
890 video_device::minor fields.
891
892
893 video buffer helper functions
894 -----------------------------
895
896 The v4l2 core API provides a set of standard methods (called "videobuf")
897 for dealing with video buffers. Those methods allow a driver to implement
898 read(), mmap() and overlay() in a consistent way.  There are currently
899 methods for using video buffers on devices that supports DMA with
900 scatter/gather method (videobuf-dma-sg), DMA with linear access
901 (videobuf-dma-contig), and vmalloced buffers, mostly used on USB drivers
902 (videobuf-vmalloc).
903
904 Please see Documentation/video4linux/videobuf for more information on how
905 to use the videobuf layer.
906
907 struct v4l2_fh
908 --------------
909
910 struct v4l2_fh provides a way to easily keep file handle specific data
911 that is used by the V4L2 framework. New drivers must use struct v4l2_fh
912 since it is also used to implement priority handling (VIDIOC_G/S_PRIORITY)
913 if the video_device flag V4L2_FL_USE_FH_PRIO is also set.
914
915 The users of v4l2_fh (in the V4L2 framework, not the driver) know
916 whether a driver uses v4l2_fh as its file->private_data pointer by
917 testing the V4L2_FL_USES_V4L2_FH bit in video_device->flags. This bit is
918 set whenever v4l2_fh_init() is called.
919
920 struct v4l2_fh is allocated as a part of the driver's own file handle
921 structure and file->private_data is set to it in the driver's open
922 function by the driver.
923
924 In many cases the struct v4l2_fh will be embedded in a larger structure.
925 In that case you should call v4l2_fh_init+v4l2_fh_add in open() and
926 v4l2_fh_del+v4l2_fh_exit in release().
927
928 Drivers can extract their own file handle structure by using the container_of
929 macro. Example:
930
931 struct my_fh {
932         int blah;
933         struct v4l2_fh fh;
934 };
935
936 ...
937
938 int my_open(struct file *file)
939 {
940         struct my_fh *my_fh;
941         struct video_device *vfd;
942         int ret;
943
944         ...
945
946         my_fh = kzalloc(sizeof(*my_fh), GFP_KERNEL);
947
948         ...
949
950         v4l2_fh_init(&my_fh->fh, vfd);
951
952         ...
953
954         file->private_data = &my_fh->fh;
955         v4l2_fh_add(&my_fh->fh);
956         return 0;
957 }
958
959 int my_release(struct file *file)
960 {
961         struct v4l2_fh *fh = file->private_data;
962         struct my_fh *my_fh = container_of(fh, struct my_fh, fh);
963
964         ...
965         v4l2_fh_del(&my_fh->fh);
966         v4l2_fh_exit(&my_fh->fh);
967         kfree(my_fh);
968         return 0;
969 }
970
971 Below is a short description of the v4l2_fh functions used:
972
973 void v4l2_fh_init(struct v4l2_fh *fh, struct video_device *vdev)
974
975   Initialise the file handle. This *MUST* be performed in the driver's
976   v4l2_file_operations->open() handler.
977
978 void v4l2_fh_add(struct v4l2_fh *fh)
979
980   Add a v4l2_fh to video_device file handle list. Must be called once the
981   file handle is completely initialized.
982
983 void v4l2_fh_del(struct v4l2_fh *fh)
984
985   Unassociate the file handle from video_device(). The file handle
986   exit function may now be called.
987
988 void v4l2_fh_exit(struct v4l2_fh *fh)
989
990   Uninitialise the file handle. After uninitialisation the v4l2_fh
991   memory can be freed.
992
993
994 If struct v4l2_fh is not embedded, then you can use these helper functions:
995
996 int v4l2_fh_open(struct file *filp)
997
998   This allocates a struct v4l2_fh, initializes it and adds it to the struct
999   video_device associated with the file struct.
1000
1001 int v4l2_fh_release(struct file *filp)
1002
1003   This deletes it from the struct video_device associated with the file
1004   struct, uninitialised the v4l2_fh and frees it.
1005
1006 These two functions can be plugged into the v4l2_file_operation's open() and
1007 release() ops.
1008
1009
1010 Several drivers need to do something when the first file handle is opened and
1011 when the last file handle closes. Two helper functions were added to check
1012 whether the v4l2_fh struct is the only open filehandle of the associated
1013 device node:
1014
1015 int v4l2_fh_is_singular(struct v4l2_fh *fh)
1016
1017   Returns 1 if the file handle is the only open file handle, else 0.
1018
1019 int v4l2_fh_is_singular_file(struct file *filp)
1020
1021   Same, but it calls v4l2_fh_is_singular with filp->private_data.
1022
1023
1024 V4L2 events
1025 -----------
1026
1027 The V4L2 events provide a generic way to pass events to user space.
1028 The driver must use v4l2_fh to be able to support V4L2 events.
1029
1030 Events are defined by a type and an optional ID. The ID may refer to a V4L2
1031 object such as a control ID. If unused, then the ID is 0.
1032
1033 When the user subscribes to an event the driver will allocate a number of
1034 kevent structs for that event. So every (type, ID) event tuple will have
1035 its own set of kevent structs. This guarantees that if a driver is generating
1036 lots of events of one type in a short time, then that will not overwrite
1037 events of another type.
1038
1039 But if you get more events of one type than the number of kevents that were
1040 reserved, then the oldest event will be dropped and the new one added.
1041
1042 Furthermore, the internal struct v4l2_subscribed_event has merge() and
1043 replace() callbacks which drivers can set. These callbacks are called when
1044 a new event is raised and there is no more room. The replace() callback
1045 allows you to replace the payload of the old event with that of the new event,
1046 merging any relevant data from the old payload into the new payload that
1047 replaces it. It is called when this event type has only one kevent struct
1048 allocated. The merge() callback allows you to merge the oldest event payload
1049 into that of the second-oldest event payload. It is called when there are two
1050 or more kevent structs allocated.
1051
1052 This way no status information is lost, just the intermediate steps leading
1053 up to that state.
1054
1055 A good example of these replace/merge callbacks is in v4l2-event.c:
1056 ctrls_replace() and ctrls_merge() callbacks for the control event.
1057
1058 Note: these callbacks can be called from interrupt context, so they must be
1059 fast.
1060
1061 Useful functions:
1062
1063 void v4l2_event_queue(struct video_device *vdev, const struct v4l2_event *ev)
1064
1065   Queue events to video device. The driver's only responsibility is to fill
1066   in the type and the data fields. The other fields will be filled in by
1067   V4L2.
1068
1069 int v4l2_event_subscribe(struct v4l2_fh *fh,
1070                          struct v4l2_event_subscription *sub, unsigned elems,
1071                          const struct v4l2_subscribed_event_ops *ops)
1072
1073   The video_device->ioctl_ops->vidioc_subscribe_event must check the driver
1074   is able to produce events with specified event id. Then it calls
1075   v4l2_event_subscribe() to subscribe the event.
1076
1077   The elems argument is the size of the event queue for this event. If it is 0,
1078   then the framework will fill in a default value (this depends on the event
1079   type).
1080
1081   The ops argument allows the driver to specify a number of callbacks:
1082   * add:     called when a new listener gets added (subscribing to the same
1083              event twice will only cause this callback to get called once)
1084   * del:     called when a listener stops listening
1085   * replace: replace event 'old' with event 'new'.
1086   * merge:   merge event 'old' into event 'new'.
1087   All 4 callbacks are optional, if you don't want to specify any callbacks
1088   the ops argument itself maybe NULL.
1089
1090 int v4l2_event_unsubscribe(struct v4l2_fh *fh,
1091                            struct v4l2_event_subscription *sub)
1092
1093   vidioc_unsubscribe_event in struct v4l2_ioctl_ops. A driver may use
1094   v4l2_event_unsubscribe() directly unless it wants to be involved in
1095   unsubscription process.
1096
1097   The special type V4L2_EVENT_ALL may be used to unsubscribe all events. The
1098   drivers may want to handle this in a special way.
1099
1100 int v4l2_event_pending(struct v4l2_fh *fh)
1101
1102   Returns the number of pending events. Useful when implementing poll.
1103
1104 Events are delivered to user space through the poll system call. The driver
1105 can use v4l2_fh->wait (a wait_queue_head_t) as the argument for poll_wait().
1106
1107 There are standard and private events. New standard events must use the
1108 smallest available event type. The drivers must allocate their events from
1109 their own class starting from class base. Class base is
1110 V4L2_EVENT_PRIVATE_START + n * 1000 where n is the lowest available number.
1111 The first event type in the class is reserved for future use, so the first
1112 available event type is 'class base + 1'.
1113
1114 An example on how the V4L2 events may be used can be found in the OMAP
1115 3 ISP driver (drivers/media/platform/omap3isp).
1116
1117
1118 V4L2 clocks
1119 -----------
1120
1121 Many subdevices, like camera sensors, TV decoders and encoders, need a clock
1122 signal to be supplied by the system. Often this clock is supplied by the
1123 respective bridge device. The Linux kernel provides a Common Clock Framework for
1124 this purpose. However, it is not (yet) available on all architectures. Besides,
1125 the nature of the multi-functional (clock, data + synchronisation, I2C control)
1126 connection of subdevices to the system might impose special requirements on the
1127 clock API usage. E.g. V4L2 has to support clock provider driver unregistration
1128 while a subdevice driver is holding a reference to the clock. For these reasons
1129 a V4L2 clock helper API has been developed and is provided to bridge and
1130 subdevice drivers.
1131
1132 The API consists of two parts: two functions to register and unregister a V4L2
1133 clock source: v4l2_clk_register() and v4l2_clk_unregister() and calls to control
1134 a clock object, similar to the respective generic clock API calls:
1135 v4l2_clk_get(), v4l2_clk_put(), v4l2_clk_enable(), v4l2_clk_disable(),
1136 v4l2_clk_get_rate(), and v4l2_clk_set_rate(). Clock suppliers have to provide
1137 clock operations that will be called when clock users invoke respective API
1138 methods.
1139
1140 It is expected that once the CCF becomes available on all relevant
1141 architectures this API will be removed.