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