Merge branch 'fixes' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/evalenti/linux...
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / video4linux / v4l2-framework.txt
blobfa41608ab2b4f48c4ecb4c012be76b7802dc2958
1 Overview of the V4L2 driver framework
2 =====================================
4 This text documents the various structures provided by the V4L2 framework and
5 their relationships.
8 Introduction
9 ------------
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.
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'.
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).
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.
30 There is also a lot of common code that could never be refactored due to
31 the lack of a framework.
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.
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.
42 Structure of a driver
43 ---------------------
45 All drivers have the following structure:
47 1) A struct for each device instance containing the device state.
49 2) A way of initializing and commanding sub-devices (if any).
51 3) Creating V4L2 device nodes (/dev/videoX, /dev/vbiX and /dev/radioX)
52    and keeping track of device-node specific data.
54 4) Filehandle-specific structs containing per-filehandle data;
56 5) video buffer handling.
58 This is a rough schematic of how it all relates:
60     device instances
61       |
62       +-sub-device instances
63       |
64       \-V4L2 device nodes
65           |
66           \-filehandle instances
69 Structure of the framework
70 --------------------------
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.
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.
82 struct v4l2_device
83 ------------------
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.
89 You must register the device instance:
91         v4l2_device_register(struct device *dev, struct v4l2_device *v4l2_dev);
93 Registration will initialize the v4l2_device struct. If the dev->driver_data
94 field is NULL, it will be linked to v4l2_dev.
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.
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.
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.
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.
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.
123 You unregister with:
125         v4l2_device_unregister(struct v4l2_device *v4l2_dev);
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.
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:
135         v4l2_device_disconnect(struct v4l2_device *v4l2_dev);
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().
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.
146 You can iterate over all registered devices as follows:
148 static int callback(struct device *dev, void *p)
150         struct v4l2_device *v4l2_dev = dev_get_drvdata(dev);
152         /* test if this device was inited */
153         if (v4l2_dev == NULL)
154                 return 0;
155         ...
156         return 0;
159 int iterate(void *p)
161         struct device_driver *drv;
162         int err;
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;
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.
176 The recommended approach is as follows:
178 static atomic_t drv_instance = ATOMIC_INIT(0);
180 static int drv_probe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *pci_id)
182         ...
183         state->instance = atomic_inc_return(&drv_instance) - 1;
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.
193 If other device nodes (e.g. ALSA) are created, then you can increase and
194 decrease the refcount manually as well by calling:
196 void v4l2_device_get(struct v4l2_device *v4l2_dev);
200 int v4l2_device_put(struct v4l2_device *v4l2_dev);
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.
206 struct v4l2_subdev
207 ------------------
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.
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.
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.
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.
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().
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.
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.
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.
250 It looks like this:
252 struct v4l2_subdev_core_ops {
253         int (*log_status)(struct v4l2_subdev *sd);
254         int (*init)(struct v4l2_subdev *sd, u32 val);
255         ...
258 struct v4l2_subdev_tuner_ops {
259         ...
262 struct v4l2_subdev_audio_ops {
263         ...
266 struct v4l2_subdev_video_ops {
267         ...
270 struct v4l2_subdev_pad_ops {
271         ...
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;
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.
286 This setup limits the number of function pointers while still making it easy
287 to add new ops and categories.
289 A sub-device driver initializes the v4l2_subdev struct using:
291         v4l2_subdev_init(sd, &ops);
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.
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_pads_init(), if the entity has pads:
300         struct media_pad *pads = &my_sd->pads;
301         int err;
303         err = media_entity_pads_init(&sd->entity, npads, pads);
305 The pads array must have been previously initialized. There is no need to
306 manually set the struct media_entity function and name fields, but the
307 revision field must be initialized if needed.
309 A reference to the entity will be automatically acquired/released when the
310 subdev device node (if any) is opened/closed.
312 Don't forget to cleanup the media entity before the sub-device is destroyed:
314         media_entity_cleanup(&sd->entity);
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.
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.
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.
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.
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.
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.
351 In the synchronous case a device (bridge) driver needs to register the
352 v4l2_subdev with the v4l2_device:
354         int err = v4l2_device_register_subdev(v4l2_dev, sd);
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.
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.
363 You can unregister a sub-device using:
365         v4l2_device_unregister_subdev(sd);
367 Afterwards the subdev module can be unloaded and sd->dev == NULL.
369 You can call an ops function either directly:
371         err = sd->ops->core->g_std(sd, &norm);
373 but it is better and easier to use this macro:
375         err = v4l2_subdev_call(sd, core, g_std, &norm);
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.
381 It is also possible to call all or a subset of the sub-devices:
383         v4l2_device_call_all(v4l2_dev, 0, core, g_std, &norm);
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:
388         err = v4l2_device_call_until_err(v4l2_dev, 0, core, g_std, &norm);
390 Any error except -ENOIOCTLCMD will exit the loop with that error. If no
391 errors (except -ENOIOCTLCMD) occurred, then 0 is returned.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
443 V4L2 sub-device userspace API
444 -----------------------------
446 Beside exposing a kernel API through the v4l2_subdev_ops structure, V4L2
447 sub-devices can also be controlled directly by userspace applications.
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.
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.
458 The device node handles a subset of the V4L2 API.
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
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.
474 VIDIOC_DQEVENT
475 VIDIOC_SUBSCRIBE_EVENT
476 VIDIOC_UNSUBSCRIBE_EVENT
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.
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.
489         To properly support events, the poll() file operation is also
490         implemented.
492 Private ioctls
494         All ioctls not in the above list are passed directly to the sub-device
495         driver through the core::ioctl operation.
498 I2C sub-device drivers
499 ----------------------
501 Since these drivers are so common, special helper functions are available to
502 ease the use of these drivers (v4l2-common.h).
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.
509 A typical state struct would look like this (where 'chipname' is replaced by
510 the name of the chip):
512 struct chipname_state {
513         struct v4l2_subdev sd;
514         ...  /* additional state fields */
517 Initialize the v4l2_subdev struct as follows:
519         v4l2_i2c_subdev_init(&state->sd, client, subdev_ops);
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.
524 You should also add a helper inline function to go from a v4l2_subdev pointer
525 to a chipname_state struct:
527 static inline struct chipname_state *to_state(struct v4l2_subdev *sd)
529         return container_of(sd, struct chipname_state, sd);
532 Use this to go from the v4l2_subdev struct to the i2c_client struct:
534         struct i2c_client *client = v4l2_get_subdevdata(sd);
536 And this to go from an i2c_client to a v4l2_subdev struct:
538         struct v4l2_subdev *sd = i2c_get_clientdata(client);
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.
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.
551 The bridge driver also has some helper functions it can use:
553 struct v4l2_subdev *sd = v4l2_i2c_new_subdev(v4l2_dev, adapter,
554                "module_foo", "chipid", 0x36, NULL);
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.
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.
565 Both functions return NULL if something went wrong.
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.
575 There are two more helper functions:
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.
582 For example: this will probe for address 0x10:
584 struct v4l2_subdev *sd = v4l2_i2c_new_subdev_cfg(v4l2_dev, adapter,
585                "module_foo", "chipid", 0, NULL, 0, I2C_ADDRS(0x10));
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.
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.
595 struct video_device
596 -------------------
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.
602 To allocate it dynamically use:
604         struct video_device *vdev = video_device_alloc();
606         if (vdev == NULL)
607                 return -ENOMEM;
609         vdev->release = video_device_release;
611 If you embed it in a larger struct, then you must set the release()
612 callback to your own function:
614         struct video_device *vdev = &my_vdev->vdev;
616         vdev->release = my_vdev_release;
618 The release callback must be set and it is called when the last user
619 of the video device exits.
621 The default video_device_release() callback just calls kfree to free the
622 allocated memory.
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.
628 You should also set these fields:
630 - v4l2_dev: must be set to the v4l2_device parent device.
632 - name: set to something descriptive and unique.
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.
638 - fops: set to the v4l2_file_operations struct.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
678 If you use v4l2_ioctl_ops, then you should set .unlocked_ioctl to video_ioctl2
679 in your v4l2_file_operations struct.
681 Do not use .ioctl! This is deprecated and will go away in the future.
683 In some cases you want to tell the core that a function you had specified in
684 your v4l2_ioctl_ops should be ignored. You can mark such ioctls by calling this
685 function before video_device_register is called:
687 void v4l2_disable_ioctl(struct video_device *vdev, unsigned int cmd);
689 This tends to be needed if based on external factors (e.g. which card is
690 being used) you want to turns off certain features in v4l2_ioctl_ops without
691 having to make a new struct.
693 The v4l2_file_operations struct is a subset of file_operations. The main
694 difference is that the inode argument is omitted since it is never used.
696 If integration with the media framework is needed, you must initialize the
697 media_entity struct embedded in the video_device struct (entity field) by
698 calling media_entity_pads_init():
700         struct media_pad *pad = &my_vdev->pad;
701         int err;
703         err = media_entity_pads_init(&vdev->entity, 1, pad);
705 The pads array must have been previously initialized. There is no need to
706 manually set the struct media_entity type and name fields.
708 A reference to the entity will be automatically acquired/released when the
709 video device is opened/closed.
711 ioctls and locking
712 ------------------
714 The V4L core provides optional locking services. The main service is the
715 lock field in struct video_device, which is a pointer to a mutex. If you set
716 this pointer, then that will be used by unlocked_ioctl to serialize all ioctls.
718 If you are using the videobuf2 framework, then there is a second lock that you
719 can set: video_device->queue->lock. If set, then this lock will be used instead
720 of video_device->lock to serialize all queuing ioctls (see the previous section
721 for the full list of those ioctls).
723 The advantage of using a different lock for the queuing ioctls is that for some
724 drivers (particularly USB drivers) certain commands such as setting controls
725 can take a long time, so you want to use a separate lock for the buffer queuing
726 ioctls. That way your VIDIOC_DQBUF doesn't stall because the driver is busy
727 changing the e.g. exposure of the webcam.
729 Of course, you can always do all the locking yourself by leaving both lock
730 pointers at NULL.
732 If you use the old videobuf then you must pass the video_device lock to the
733 videobuf queue initialize function: if videobuf has to wait for a frame to
734 arrive, then it will temporarily unlock the lock and relock it afterwards. If
735 your driver also waits in the code, then you should do the same to allow other
736 processes to access the device node while the first process is waiting for
737 something.
739 In the case of videobuf2 you will need to implement the wait_prepare and
740 wait_finish callbacks to unlock/lock if applicable. If you use the queue->lock
741 pointer, then you can use the helper functions vb2_ops_wait_prepare/finish.
743 The implementation of a hotplug disconnect should also take the lock from
744 video_device before calling v4l2_device_disconnect. If you are also using
745 video_device->queue->lock, then you have to first lock video_device->queue->lock
746 followed by video_device->lock. That way you can be sure no ioctl is running
747 when you call v4l2_device_disconnect.
749 video_device registration
750 -------------------------
752 Next you register the video device: this will create the character device
753 for you.
755         err = video_register_device(vdev, VFL_TYPE_GRABBER, -1);
756         if (err) {
757                 video_device_release(vdev); /* or kfree(my_vdev); */
758                 return err;
759         }
761 If the v4l2_device parent device has a non-NULL mdev field, the video device
762 entity will be automatically registered with the media device.
764 Which device is registered depends on the type argument. The following
765 types exist:
767 VFL_TYPE_GRABBER: videoX for video input/output devices
768 VFL_TYPE_VBI: vbiX for vertical blank data (i.e. closed captions, teletext)
769 VFL_TYPE_RADIO: radioX for radio tuners
770 VFL_TYPE_SDR: swradioX for Software Defined Radio tuners
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.
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.
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.
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', 'dev_debug' and 'index' attributes. The 'name'
797 attribute is the 'name' field of the video_device struct. The 'dev_debug' attribute
798 can be used to enable core debugging. See the next section for more detailed
799 information on this.
801 The 'index' attribute is the index of the device node: for each call to
802 video_register_device() the index is just increased by 1. The first video
803 device node you register always starts with index 0.
805 Users can setup udev rules that utilize the index attribute to make fancy
806 device names (e.g. 'mpegX' for MPEG video capture device nodes).
808 After the device was successfully registered, then you can use these fields:
810 - vfl_type: the device type passed to video_register_device.
811 - minor: the assigned device minor number.
812 - num: the device node number (i.e. the X in videoX).
813 - index: the device index number.
815 If the registration failed, then you need to call video_device_release()
816 to free the allocated video_device struct, or free your own struct if the
817 video_device was embedded in it. The vdev->release() callback will never
818 be called if the registration failed, nor should you ever attempt to
819 unregister the device if the registration failed.
821 video device debugging
822 ----------------------
824 The 'dev_debug' attribute that is created for each video, vbi, radio or swradio
825 device in /sys/class/video4linux/<devX>/ allows you to enable logging of
826 file operations.
828 It is a bitmask and the following bits can be set:
830 0x01: Log the ioctl name and error code. VIDIOC_(D)QBUF ioctls are only logged
831       if bit 0x08 is also set.
832 0x02: Log the ioctl name arguments and error code. VIDIOC_(D)QBUF ioctls are
833       only logged if bit 0x08 is also set.
834 0x04: Log the file operations open, release, read, write, mmap and
835       get_unmapped_area. The read and write operations are only logged if
836       bit 0x08 is also set.
837 0x08: Log the read and write file operations and the VIDIOC_QBUF and
838       VIDIOC_DQBUF ioctls.
839 0x10: Log the poll file operation.
841 video_device cleanup
842 --------------------
844 When the video device nodes have to be removed, either during the unload
845 of the driver or because the USB device was disconnected, then you should
846 unregister them:
848         video_unregister_device(vdev);
850 This will remove the device nodes from sysfs (causing udev to remove them
851 from /dev).
853 After video_unregister_device() returns no new opens can be done. However,
854 in the case of USB devices some application might still have one of these
855 device nodes open. So after the unregister all file operations (except
856 release, of course) will return an error as well.
858 When the last user of the video device node exits, then the vdev->release()
859 callback is called and you can do the final cleanup there.
861 Don't forget to cleanup the media entity associated with the video device if
862 it has been initialized:
864         media_entity_cleanup(&vdev->entity);
866 This can be done from the release callback.
869 video_device helper functions
870 -----------------------------
872 There are a few useful helper functions:
874 - file/video_device private data
876 You can set/get driver private data in the video_device struct using:
878 void *video_get_drvdata(struct video_device *vdev);
879 void video_set_drvdata(struct video_device *vdev, void *data);
881 Note that you can safely call video_set_drvdata() before calling
882 video_register_device().
884 And this function:
886 struct video_device *video_devdata(struct file *file);
888 returns the video_device belonging to the file struct.
890 The video_drvdata function combines video_get_drvdata with video_devdata:
892 void *video_drvdata(struct file *file);
894 You can go from a video_device struct to the v4l2_device struct using:
896 struct v4l2_device *v4l2_dev = vdev->v4l2_dev;
898 - Device node name
900 The video_device node kernel name can be retrieved using
902 const char *video_device_node_name(struct video_device *vdev);
904 The name is used as a hint by userspace tools such as udev. The function
905 should be used where possible instead of accessing the video_device::num and
906 video_device::minor fields.
909 video buffer helper functions
910 -----------------------------
912 The v4l2 core API provides a set of standard methods (called "videobuf")
913 for dealing with video buffers. Those methods allow a driver to implement
914 read(), mmap() and overlay() in a consistent way.  There are currently
915 methods for using video buffers on devices that supports DMA with
916 scatter/gather method (videobuf-dma-sg), DMA with linear access
917 (videobuf-dma-contig), and vmalloced buffers, mostly used on USB drivers
918 (videobuf-vmalloc).
920 Please see Documentation/video4linux/videobuf for more information on how
921 to use the videobuf layer.
923 struct v4l2_fh
924 --------------
926 struct v4l2_fh provides a way to easily keep file handle specific data
927 that is used by the V4L2 framework. New drivers must use struct v4l2_fh
928 since it is also used to implement priority handling (VIDIOC_G/S_PRIORITY).
930 The users of v4l2_fh (in the V4L2 framework, not the driver) know
931 whether a driver uses v4l2_fh as its file->private_data pointer by
932 testing the V4L2_FL_USES_V4L2_FH bit in video_device->flags. This bit is
933 set whenever v4l2_fh_init() is called.
935 struct v4l2_fh is allocated as a part of the driver's own file handle
936 structure and file->private_data is set to it in the driver's open
937 function by the driver.
939 In many cases the struct v4l2_fh will be embedded in a larger structure.
940 In that case you should call v4l2_fh_init+v4l2_fh_add in open() and
941 v4l2_fh_del+v4l2_fh_exit in release().
943 Drivers can extract their own file handle structure by using the container_of
944 macro. Example:
946 struct my_fh {
947         int blah;
948         struct v4l2_fh fh;
953 int my_open(struct file *file)
955         struct my_fh *my_fh;
956         struct video_device *vfd;
957         int ret;
959         ...
961         my_fh = kzalloc(sizeof(*my_fh), GFP_KERNEL);
963         ...
965         v4l2_fh_init(&my_fh->fh, vfd);
967         ...
969         file->private_data = &my_fh->fh;
970         v4l2_fh_add(&my_fh->fh);
971         return 0;
974 int my_release(struct file *file)
976         struct v4l2_fh *fh = file->private_data;
977         struct my_fh *my_fh = container_of(fh, struct my_fh, fh);
979         ...
980         v4l2_fh_del(&my_fh->fh);
981         v4l2_fh_exit(&my_fh->fh);
982         kfree(my_fh);
983         return 0;
986 Below is a short description of the v4l2_fh functions used:
988 void v4l2_fh_init(struct v4l2_fh *fh, struct video_device *vdev)
990   Initialise the file handle. This *MUST* be performed in the driver's
991   v4l2_file_operations->open() handler.
993 void v4l2_fh_add(struct v4l2_fh *fh)
995   Add a v4l2_fh to video_device file handle list. Must be called once the
996   file handle is completely initialized.
998 void v4l2_fh_del(struct v4l2_fh *fh)
1000   Unassociate the file handle from video_device(). The file handle
1001   exit function may now be called.
1003 void v4l2_fh_exit(struct v4l2_fh *fh)
1005   Uninitialise the file handle. After uninitialisation the v4l2_fh
1006   memory can be freed.
1009 If struct v4l2_fh is not embedded, then you can use these helper functions:
1011 int v4l2_fh_open(struct file *filp)
1013   This allocates a struct v4l2_fh, initializes it and adds it to the struct
1014   video_device associated with the file struct.
1016 int v4l2_fh_release(struct file *filp)
1018   This deletes it from the struct video_device associated with the file
1019   struct, uninitialised the v4l2_fh and frees it.
1021 These two functions can be plugged into the v4l2_file_operation's open() and
1022 release() ops.
1025 Several drivers need to do something when the first file handle is opened and
1026 when the last file handle closes. Two helper functions were added to check
1027 whether the v4l2_fh struct is the only open filehandle of the associated
1028 device node:
1030 int v4l2_fh_is_singular(struct v4l2_fh *fh)
1032   Returns 1 if the file handle is the only open file handle, else 0.
1034 int v4l2_fh_is_singular_file(struct file *filp)
1036   Same, but it calls v4l2_fh_is_singular with filp->private_data.
1039 V4L2 events
1040 -----------
1042 The V4L2 events provide a generic way to pass events to user space.
1043 The driver must use v4l2_fh to be able to support V4L2 events.
1045 Events are defined by a type and an optional ID. The ID may refer to a V4L2
1046 object such as a control ID. If unused, then the ID is 0.
1048 When the user subscribes to an event the driver will allocate a number of
1049 kevent structs for that event. So every (type, ID) event tuple will have
1050 its own set of kevent structs. This guarantees that if a driver is generating
1051 lots of events of one type in a short time, then that will not overwrite
1052 events of another type.
1054 But if you get more events of one type than the number of kevents that were
1055 reserved, then the oldest event will be dropped and the new one added.
1057 Furthermore, the internal struct v4l2_subscribed_event has merge() and
1058 replace() callbacks which drivers can set. These callbacks are called when
1059 a new event is raised and there is no more room. The replace() callback
1060 allows you to replace the payload of the old event with that of the new event,
1061 merging any relevant data from the old payload into the new payload that
1062 replaces it. It is called when this event type has only one kevent struct
1063 allocated. The merge() callback allows you to merge the oldest event payload
1064 into that of the second-oldest event payload. It is called when there are two
1065 or more kevent structs allocated.
1067 This way no status information is lost, just the intermediate steps leading
1068 up to that state.
1070 A good example of these replace/merge callbacks is in v4l2-event.c:
1071 ctrls_replace() and ctrls_merge() callbacks for the control event.
1073 Note: these callbacks can be called from interrupt context, so they must be
1074 fast.
1076 Useful functions:
1078 void v4l2_event_queue(struct video_device *vdev, const struct v4l2_event *ev)
1080   Queue events to video device. The driver's only responsibility is to fill
1081   in the type and the data fields. The other fields will be filled in by
1082   V4L2.
1084 int v4l2_event_subscribe(struct v4l2_fh *fh,
1085                          struct v4l2_event_subscription *sub, unsigned elems,
1086                          const struct v4l2_subscribed_event_ops *ops)
1088   The video_device->ioctl_ops->vidioc_subscribe_event must check the driver
1089   is able to produce events with specified event id. Then it calls
1090   v4l2_event_subscribe() to subscribe the event.
1092   The elems argument is the size of the event queue for this event. If it is 0,
1093   then the framework will fill in a default value (this depends on the event
1094   type).
1096   The ops argument allows the driver to specify a number of callbacks:
1097   * add:     called when a new listener gets added (subscribing to the same
1098              event twice will only cause this callback to get called once)
1099   * del:     called when a listener stops listening
1100   * replace: replace event 'old' with event 'new'.
1101   * merge:   merge event 'old' into event 'new'.
1102   All 4 callbacks are optional, if you don't want to specify any callbacks
1103   the ops argument itself maybe NULL.
1105 int v4l2_event_unsubscribe(struct v4l2_fh *fh,
1106                            struct v4l2_event_subscription *sub)
1108   vidioc_unsubscribe_event in struct v4l2_ioctl_ops. A driver may use
1109   v4l2_event_unsubscribe() directly unless it wants to be involved in
1110   unsubscription process.
1112   The special type V4L2_EVENT_ALL may be used to unsubscribe all events. The
1113   drivers may want to handle this in a special way.
1115 int v4l2_event_pending(struct v4l2_fh *fh)
1117   Returns the number of pending events. Useful when implementing poll.
1119 Events are delivered to user space through the poll system call. The driver
1120 can use v4l2_fh->wait (a wait_queue_head_t) as the argument for poll_wait().
1122 There are standard and private events. New standard events must use the
1123 smallest available event type. The drivers must allocate their events from
1124 their own class starting from class base. Class base is
1125 V4L2_EVENT_PRIVATE_START + n * 1000 where n is the lowest available number.
1126 The first event type in the class is reserved for future use, so the first
1127 available event type is 'class base + 1'.
1129 An example on how the V4L2 events may be used can be found in the OMAP
1130 3 ISP driver (drivers/media/platform/omap3isp).
1132 A subdev can directly send an event to the v4l2_device notify function with
1133 V4L2_DEVICE_NOTIFY_EVENT. This allows the bridge to map the subdev that sends
1134 the event to the video node(s) associated with the subdev that need to be
1135 informed about such an event.
1137 V4L2 clocks
1138 -----------
1140 Many subdevices, like camera sensors, TV decoders and encoders, need a clock
1141 signal to be supplied by the system. Often this clock is supplied by the
1142 respective bridge device. The Linux kernel provides a Common Clock Framework for
1143 this purpose. However, it is not (yet) available on all architectures. Besides,
1144 the nature of the multi-functional (clock, data + synchronisation, I2C control)
1145 connection of subdevices to the system might impose special requirements on the
1146 clock API usage. E.g. V4L2 has to support clock provider driver unregistration
1147 while a subdevice driver is holding a reference to the clock. For these reasons
1148 a V4L2 clock helper API has been developed and is provided to bridge and
1149 subdevice drivers.
1151 The API consists of two parts: two functions to register and unregister a V4L2
1152 clock source: v4l2_clk_register() and v4l2_clk_unregister() and calls to control
1153 a clock object, similar to the respective generic clock API calls:
1154 v4l2_clk_get(), v4l2_clk_put(), v4l2_clk_enable(), v4l2_clk_disable(),
1155 v4l2_clk_get_rate(), and v4l2_clk_set_rate(). Clock suppliers have to provide
1156 clock operations that will be called when clock users invoke respective API
1157 methods.
1159 It is expected that once the CCF becomes available on all relevant
1160 architectures this API will be removed.