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[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / driver-api / media / v4l2-dev.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2
3 Video device' s internal representation
4 =======================================
5
6 The actual device nodes in the ``/dev`` directory are created using the
7 :c:type:`video_device` struct (``v4l2-dev.h``). This struct can either be
8 allocated dynamically or embedded in a larger struct.
9
10 To allocate it dynamically use :c:func:`video_device_alloc`:
11
12 .. code-block:: c
13
14         struct video_device *vdev = video_device_alloc();
15
16         if (vdev == NULL)
17                 return -ENOMEM;
18
19         vdev->release = video_device_release;
20
21 If you embed it in a larger struct, then you must set the ``release()``
22 callback to your own function:
23
24 .. code-block:: c
25
26         struct video_device *vdev = &my_vdev->vdev;
27
28         vdev->release = my_vdev_release;
29
30 The ``release()`` callback must be set and it is called when the last user
31 of the video device exits.
32
33 The default :c:func:`video_device_release` callback currently
34 just calls ``kfree`` to free the allocated memory.
35
36 There is also a :c:func:`video_device_release_empty` function that does
37 nothing (is empty) and should be used if the struct is embedded and there
38 is nothing to do when it is released.
39
40 You should also set these fields of :c:type:`video_device`:
41
42 - :c:type:`video_device`->v4l2_dev: must be set to the :c:type:`v4l2_device`
43   parent device.
44
45 - :c:type:`video_device`->name: set to something descriptive and unique.
46
47 - :c:type:`video_device`->vfl_dir: set this to ``VFL_DIR_RX`` for capture
48   devices (``VFL_DIR_RX`` has value 0, so this is normally already the
49   default), set to ``VFL_DIR_TX`` for output devices and ``VFL_DIR_M2M`` for mem2mem (codec) devices.
50
51 - :c:type:`video_device`->fops: set to the :c:type:`v4l2_file_operations`
52   struct.
53
54 - :c:type:`video_device`->ioctl_ops: if you use the :c:type:`v4l2_ioctl_ops`
55   to simplify ioctl maintenance (highly recommended to use this and it might
56   become compulsory in the future!), then set this to your
57   :c:type:`v4l2_ioctl_ops` struct. The :c:type:`video_device`->vfl_type and
58   :c:type:`video_device`->vfl_dir fields are used to disable ops that do not
59   match the type/dir combination. E.g. VBI ops are disabled for non-VBI nodes,
60   and output ops  are disabled for a capture device. This makes it possible to
61   provide just one :c:type:`v4l2_ioctl_ops` struct for both vbi and
62   video nodes.
63
64 - :c:type:`video_device`->lock: leave to ``NULL`` if you want to do all the
65   locking  in the driver. Otherwise you give it a pointer to a struct
66   ``mutex_lock`` and before the :c:type:`video_device`->unlocked_ioctl
67   file operation is called this lock will be taken by the core and released
68   afterwards. See the next section for more details.
69
70 - :c:type:`video_device`->queue: a pointer to the struct vb2_queue
71   associated with this device node.
72   If queue is not ``NULL``, and queue->lock is not ``NULL``, then queue->lock
73   is used for the queuing ioctls (``VIDIOC_REQBUFS``, ``CREATE_BUFS``,
74   ``QBUF``, ``DQBUF``,  ``QUERYBUF``, ``PREPARE_BUF``, ``STREAMON`` and
75   ``STREAMOFF``) instead of the lock above.
76   That way the :ref:`vb2 <vb2_framework>` queuing framework does not have
77   to wait for other ioctls.   This queue pointer is also used by the
78   :ref:`vb2 <vb2_framework>` helper functions to check for
79   queuing ownership (i.e. is the filehandle calling it allowed to do the
80   operation).
81
82 - :c:type:`video_device`->prio: keeps track of the priorities. Used to
83   implement ``VIDIOC_G_PRIORITY`` and ``VIDIOC_S_PRIORITY``.
84   If left to ``NULL``, then it will use the struct v4l2_prio_state
85   in :c:type:`v4l2_device`. If you want to have a separate priority state per
86   (group of) device node(s),   then you can point it to your own struct
87   :c:type:`v4l2_prio_state`.
88
89 - :c:type:`video_device`->dev_parent: you only set this if v4l2_device was
90   registered with ``NULL`` as the parent ``device`` struct. This only happens
91   in cases where one hardware device has multiple PCI devices that all share
92   the same :c:type:`v4l2_device` core.
93
94   The cx88 driver is an example of this: one core :c:type:`v4l2_device` struct,
95   but   it is used by both a raw video PCI device (cx8800) and a MPEG PCI device
96   (cx8802). Since the :c:type:`v4l2_device` cannot be associated with two PCI
97   devices at the same time it is setup without a parent device. But when the
98   struct video_device is initialized you **do** know which parent
99   PCI device to use and so you set ``dev_device`` to the correct PCI device.
100
101 If you use :c:type:`v4l2_ioctl_ops`, then you should set
102 :c:type:`video_device`->unlocked_ioctl to :c:func:`video_ioctl2` in your
103 :c:type:`v4l2_file_operations` struct.
104
105 In some cases you want to tell the core that a function you had specified in
106 your :c:type:`v4l2_ioctl_ops` should be ignored. You can mark such ioctls by
107 calling this function before :c:func:`video_register_device` is called:
108
109         :c:func:`v4l2_disable_ioctl <v4l2_disable_ioctl>`
110         (:c:type:`vdev <video_device>`, cmd).
111
112 This tends to be needed if based on external factors (e.g. which card is
113 being used) you want to turns off certain features in :c:type:`v4l2_ioctl_ops`
114 without having to make a new struct.
115
116 The :c:type:`v4l2_file_operations` struct is a subset of file_operations.
117 The main difference is that the inode argument is omitted since it is never
118 used.
119
120 If integration with the media framework is needed, you must initialize the
121 :c:type:`media_entity` struct embedded in the :c:type:`video_device` struct
122 (entity field) by calling :c:func:`media_entity_pads_init`:
123
124 .. code-block:: c
125
126         struct media_pad *pad = &my_vdev->pad;
127         int err;
128
129         err = media_entity_pads_init(&vdev->entity, 1, pad);
130
131 The pads array must have been previously initialized. There is no need to
132 manually set the struct media_entity type and name fields.
133
134 A reference to the entity will be automatically acquired/released when the
135 video device is opened/closed.
136
137 ioctls and locking
138 ------------------
139
140 The V4L core provides optional locking services. The main service is the
141 lock field in struct video_device, which is a pointer to a mutex.
142 If you set this pointer, then that will be used by unlocked_ioctl to
143 serialize all ioctls.
144
145 If you are using the :ref:`videobuf2 framework <vb2_framework>`, then there
146 is a second lock that you can set: :c:type:`video_device`->queue->lock. If
147 set, then this lock will be used instead of :c:type:`video_device`->lock
148 to serialize all queuing ioctls (see the previous section
149 for the full list of those ioctls).
150
151 The advantage of using a different lock for the queuing ioctls is that for some
152 drivers (particularly USB drivers) certain commands such as setting controls
153 can take a long time, so you want to use a separate lock for the buffer queuing
154 ioctls. That way your ``VIDIOC_DQBUF`` doesn't stall because the driver is busy
155 changing the e.g. exposure of the webcam.
156
157 Of course, you can always do all the locking yourself by leaving both lock
158 pointers at ``NULL``.
159
160 If you use the old :ref:`videobuf framework <vb_framework>` then you must
161 pass the :c:type:`video_device`->lock to the videobuf queue initialize
162 function: if videobuf has to wait for a frame to arrive, then it will
163 temporarily unlock the lock and relock it afterwards. If your driver also
164 waits in the code, then you should do the same to allow other
165 processes to access the device node while the first process is waiting for
166 something.
167
168 In the case of :ref:`videobuf2 <vb2_framework>` you will need to implement the
169 ``wait_prepare()`` and ``wait_finish()`` callbacks to unlock/lock if applicable.
170 If you use the ``queue->lock`` pointer, then you can use the helper functions
171 :c:func:`vb2_ops_wait_prepare` and :c:func:`vb2_ops_wait_finish`.
172
173 The implementation of a hotplug disconnect should also take the lock from
174 :c:type:`video_device` before calling v4l2_device_disconnect. If you are also
175 using :c:type:`video_device`->queue->lock, then you have to first lock
176 :c:type:`video_device`->queue->lock followed by :c:type:`video_device`->lock.
177 That way you can be sure no ioctl is running when you call
178 :c:func:`v4l2_device_disconnect`.
179
180 Video device registration
181 -------------------------
182
183 Next you register the video device with :c:func:`video_register_device`.
184 This will create the character device for you.
185
186 .. code-block:: c
187
188         err = video_register_device(vdev, VFL_TYPE_VIDEO, -1);
189         if (err) {
190                 video_device_release(vdev); /* or kfree(my_vdev); */
191                 return err;
192         }
193
194 If the :c:type:`v4l2_device` parent device has a not ``NULL`` mdev field,
195 the video device entity will be automatically registered with the media
196 device.
197
198 Which device is registered depends on the type argument. The following
199 types exist:
200
201 ========================== ====================  ==============================
202 :c:type:`vfl_devnode_type` Device name           Usage
203 ========================== ====================  ==============================
204 ``VFL_TYPE_VIDEO``         ``/dev/videoX``       for video input/output devices
205 ``VFL_TYPE_VBI``           ``/dev/vbiX``         for vertical blank data (i.e.
206                                                  closed captions, teletext)
207 ``VFL_TYPE_RADIO``         ``/dev/radioX``       for radio tuners
208 ``VFL_TYPE_SUBDEV``        ``/dev/v4l-subdevX``  for V4L2 subdevices
209 ``VFL_TYPE_SDR``           ``/dev/swradioX``     for Software Defined Radio
210                                                  (SDR) tuners
211 ``VFL_TYPE_TOUCH``         ``/dev/v4l-touchX``   for touch sensors
212 ========================== ====================  ==============================
213
214 The last argument gives you a certain amount of control over the device
215 node number used (i.e. the X in ``videoX``). Normally you will pass -1
216 to let the v4l2 framework pick the first free number. But sometimes users
217 want to select a specific node number. It is common that drivers allow
218 the user to select a specific device node number through a driver module
219 option. That number is then passed to this function and video_register_device
220 will attempt to select that device node number. If that number was already
221 in use, then the next free device node number will be selected and it
222 will send a warning to the kernel log.
223
224 Another use-case is if a driver creates many devices. In that case it can
225 be useful to place different video devices in separate ranges. For example,
226 video capture devices start at 0, video output devices start at 16.
227 So you can use the last argument to specify a minimum device node number
228 and the v4l2 framework will try to pick the first free number that is equal
229 or higher to what you passed. If that fails, then it will just pick the
230 first free number.
231
232 Since in this case you do not care about a warning about not being able
233 to select the specified device node number, you can call the function
234 :c:func:`video_register_device_no_warn` instead.
235
236 Whenever a device node is created some attributes are also created for you.
237 If you look in ``/sys/class/video4linux`` you see the devices. Go into e.g.
238 ``video0`` and you will see 'name', 'dev_debug' and 'index' attributes. The
239 'name' attribute is the 'name' field of the video_device struct. The
240 'dev_debug' attribute can be used to enable core debugging. See the next
241 section for more detailed information on this.
242
243 The 'index' attribute is the index of the device node: for each call to
244 :c:func:`video_register_device()` the index is just increased by 1. The
245 first video device node you register always starts with index 0.
246
247 Users can setup udev rules that utilize the index attribute to make fancy
248 device names (e.g. '``mpegX``' for MPEG video capture device nodes).
249
250 After the device was successfully registered, then you can use these fields:
251
252 - :c:type:`video_device`->vfl_type: the device type passed to
253   :c:func:`video_register_device`.
254 - :c:type:`video_device`->minor: the assigned device minor number.
255 - :c:type:`video_device`->num: the device node number (i.e. the X in
256   ``videoX``).
257 - :c:type:`video_device`->index: the device index number.
258
259 If the registration failed, then you need to call
260 :c:func:`video_device_release` to free the allocated :c:type:`video_device`
261 struct, or free your own struct if the :c:type:`video_device` was embedded in
262 it. The ``vdev->release()`` callback will never be called if the registration
263 failed, nor should you ever attempt to unregister the device if the
264 registration failed.
265
266 video device debugging
267 ----------------------
268
269 The 'dev_debug' attribute that is created for each video, vbi, radio or swradio
270 device in ``/sys/class/video4linux/<devX>/`` allows you to enable logging of
271 file operations.
272
273 It is a bitmask and the following bits can be set:
274
275 .. tabularcolumns:: |p{5ex}|L|
276
277 ===== ================================================================
278 Mask  Description
279 ===== ================================================================
280 0x01  Log the ioctl name and error code. VIDIOC_(D)QBUF ioctls are
281       only logged if bit 0x08 is also set.
282 0x02  Log the ioctl name arguments and error code. VIDIOC_(D)QBUF
283       ioctls are
284       only logged if bit 0x08 is also set.
285 0x04  Log the file operations open, release, read, write, mmap and
286       get_unmapped_area. The read and write operations are only
287       logged if bit 0x08 is also set.
288 0x08  Log the read and write file operations and the VIDIOC_QBUF and
289       VIDIOC_DQBUF ioctls.
290 0x10  Log the poll file operation.
291 0x20  Log error and messages in the control operations.
292 ===== ================================================================
293
294 Video device cleanup
295 --------------------
296
297 When the video device nodes have to be removed, either during the unload
298 of the driver or because the USB device was disconnected, then you should
299 unregister them with:
300
301         :c:func:`video_unregister_device`
302         (:c:type:`vdev <video_device>`);
303
304 This will remove the device nodes from sysfs (causing udev to remove them
305 from ``/dev``).
306
307 After :c:func:`video_unregister_device` returns no new opens can be done.
308 However, in the case of USB devices some application might still have one of
309 these device nodes open. So after the unregister all file operations (except
310 release, of course) will return an error as well.
311
312 When the last user of the video device node exits, then the ``vdev->release()``
313 callback is called and you can do the final cleanup there.
314
315 Don't forget to cleanup the media entity associated with the video device if
316 it has been initialized:
317
318         :c:func:`media_entity_cleanup <media_entity_cleanup>`
319         (&vdev->entity);
320
321 This can be done from the release callback.
322
323
324 helper functions
325 ----------------
326
327 There are a few useful helper functions:
328
329 - file and :c:type:`video_device` private data
330
331 You can set/get driver private data in the video_device struct using:
332
333         :c:func:`video_get_drvdata <video_get_drvdata>`
334         (:c:type:`vdev <video_device>`);
335
336         :c:func:`video_set_drvdata <video_set_drvdata>`
337         (:c:type:`vdev <video_device>`);
338
339 Note that you can safely call :c:func:`video_set_drvdata` before calling
340 :c:func:`video_register_device`.
341
342 And this function:
343
344         :c:func:`video_devdata <video_devdata>`
345         (struct file \*file);
346
347 returns the video_device belonging to the file struct.
348
349 The :c:func:`video_devdata` function combines :c:func:`video_get_drvdata`
350 with :c:func:`video_devdata`:
351
352         :c:func:`video_drvdata <video_drvdata>`
353         (struct file \*file);
354
355 You can go from a :c:type:`video_device` struct to the v4l2_device struct using:
356
357 .. code-block:: c
358
359         struct v4l2_device *v4l2_dev = vdev->v4l2_dev;
360
361 - Device node name
362
363 The :c:type:`video_device` node kernel name can be retrieved using:
364
365         :c:func:`video_device_node_name <video_device_node_name>`
366         (:c:type:`vdev <video_device>`);
367
368 The name is used as a hint by userspace tools such as udev. The function
369 should be used where possible instead of accessing the video_device::num and
370 video_device::minor fields.
371
372 video_device functions and data structures
373 ------------------------------------------
374
375 .. kernel-doc:: include/media/v4l2-dev.h