Merge git://www.linux-watchdog.org/linux-watchdog
[linux-2.6/cjktty.git] / Documentation / video4linux / v4l2-framework.txt
bloba300b283a1a093a1b68fd2240bd8efdd270f58ac
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.
38 Structure of a driver
39 ---------------------
41 All drivers have the following structure:
43 1) A struct for each device instance containing the device state.
45 2) A way of initializing and commanding sub-devices (if any).
47 3) Creating V4L2 device nodes (/dev/videoX, /dev/vbiX and /dev/radioX)
48    and keeping track of device-node specific data.
50 4) Filehandle-specific structs containing per-filehandle data;
52 5) video buffer handling.
54 This is a rough schematic of how it all relates:
56     device instances
57       |
58       +-sub-device instances
59       |
60       \-V4L2 device nodes
61           |
62           \-filehandle instances
65 Structure of the framework
66 --------------------------
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.
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.
78 struct v4l2_device
79 ------------------
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.
85 You must register the device instance:
87         v4l2_device_register(struct device *dev, struct v4l2_device *v4l2_dev);
89 Registration will initialize the v4l2_device struct. If the dev->driver_data
90 field is NULL, it will be linked to v4l2_dev.
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.
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.
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.
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.
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.
119 You unregister with:
121         v4l2_device_unregister(struct v4l2_device *v4l2_dev);
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.
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:
131         v4l2_device_disconnect(struct v4l2_device *v4l2_dev);
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().
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.
142 You can iterate over all registered devices as follows:
144 static int callback(struct device *dev, void *p)
146         struct v4l2_device *v4l2_dev = dev_get_drvdata(dev);
148         /* test if this device was inited */
149         if (v4l2_dev == NULL)
150                 return 0;
151         ...
152         return 0;
155 int iterate(void *p)
157         struct device_driver *drv;
158         int err;
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;
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.
172 The recommended approach is as follows:
174 static atomic_t drv_instance = ATOMIC_INIT(0);
176 static int drv_probe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *pci_id)
178         ...
179         state->instance = atomic_inc_return(&drv_instance) - 1;
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.
189 If other device nodes (e.g. ALSA) are created, then you can increase and
190 decrease the refcount manually as well by calling:
192 void v4l2_device_get(struct v4l2_device *v4l2_dev);
196 int v4l2_device_put(struct v4l2_device *v4l2_dev);
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.
202 struct v4l2_subdev
203 ------------------
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.
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.
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.
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.
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().
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.
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.
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.
246 It looks like this:
248 struct v4l2_subdev_core_ops {
249         int (*g_chip_ident)(struct v4l2_subdev *sd, struct v4l2_dbg_chip_ident *chip);
250         int (*log_status)(struct v4l2_subdev *sd);
251         int (*init)(struct v4l2_subdev *sd, u32 val);
252         ...
255 struct v4l2_subdev_tuner_ops {
256         ...
259 struct v4l2_subdev_audio_ops {
260         ...
263 struct v4l2_subdev_video_ops {
264         ...
267 struct v4l2_subdev_pad_ops {
268         ...
271 struct v4l2_subdev_ops {
272         const struct v4l2_subdev_core_ops  *core;
273         const struct v4l2_subdev_tuner_ops *tuner;
274         const struct v4l2_subdev_audio_ops *audio;
275         const struct v4l2_subdev_video_ops *video;
276         const struct v4l2_subdev_pad_ops *video;
279 The core ops are common to all subdevs, the other categories are implemented
280 depending on the sub-device. E.g. a video device is unlikely to support the
281 audio ops and vice versa.
283 This setup limits the number of function pointers while still making it easy
284 to add new ops and categories.
286 A sub-device driver initializes the v4l2_subdev struct using:
288         v4l2_subdev_init(sd, &ops);
290 Afterwards you need to initialize subdev->name with a unique name and set the
291 module owner. This is done for you if you use the i2c helper functions.
293 If integration with the media framework is needed, you must initialize the
294 media_entity struct embedded in the v4l2_subdev struct (entity field) by
295 calling media_entity_init():
297         struct media_pad *pads = &my_sd->pads;
298         int err;
300         err = media_entity_init(&sd->entity, npads, pads, 0);
302 The pads array must have been previously initialized. There is no need to
303 manually set the struct media_entity type and name fields, but the revision
304 field must be initialized if needed.
306 A reference to the entity will be automatically acquired/released when the
307 subdev device node (if any) is opened/closed.
309 Don't forget to cleanup the media entity before the sub-device is destroyed:
311         media_entity_cleanup(&sd->entity);
313 If the subdev driver intends to process video and integrate with the media
314 framework, it must implement format related functionality using
315 v4l2_subdev_pad_ops instead of v4l2_subdev_video_ops.
317 In that case, the subdev driver may set the link_validate field to provide
318 its own link validation function. The link validation function is called for
319 every link in the pipeline where both of the ends of the links are V4L2
320 sub-devices. The driver is still responsible for validating the correctness
321 of the format configuration between sub-devices and video nodes.
323 If link_validate op is not set, the default function
324 v4l2_subdev_link_validate_default() is used instead. This function ensures
325 that width, height and the media bus pixel code are equal on both source and
326 sink of the link. Subdev drivers are also free to use this function to
327 perform the checks mentioned above in addition to their own checks.
329 A device (bridge) driver needs to register the v4l2_subdev with the
330 v4l2_device:
332         int err = v4l2_device_register_subdev(v4l2_dev, sd);
334 This can fail if the subdev module disappeared before it could be registered.
335 After this function was called successfully the subdev->dev field points to
336 the v4l2_device.
338 If the v4l2_device parent device has a non-NULL mdev field, the sub-device
339 entity will be automatically registered with the media device.
341 You can unregister a sub-device using:
343         v4l2_device_unregister_subdev(sd);
345 Afterwards the subdev module can be unloaded and sd->dev == NULL.
347 You can call an ops function either directly:
349         err = sd->ops->core->g_chip_ident(sd, &chip);
351 but it is better and easier to use this macro:
353         err = v4l2_subdev_call(sd, core, g_chip_ident, &chip);
355 The macro will to the right NULL pointer checks and returns -ENODEV if subdev
356 is NULL, -ENOIOCTLCMD if either subdev->core or subdev->core->g_chip_ident is
357 NULL, or the actual result of the subdev->ops->core->g_chip_ident ops.
359 It is also possible to call all or a subset of the sub-devices:
361         v4l2_device_call_all(v4l2_dev, 0, core, g_chip_ident, &chip);
363 Any subdev that does not support this ops is skipped and error results are
364 ignored. If you want to check for errors use this:
366         err = v4l2_device_call_until_err(v4l2_dev, 0, core, g_chip_ident, &chip);
368 Any error except -ENOIOCTLCMD will exit the loop with that error. If no
369 errors (except -ENOIOCTLCMD) occurred, then 0 is returned.
371 The second argument to both calls is a group ID. If 0, then all subdevs are
372 called. If non-zero, then only those whose group ID match that value will
373 be called. Before a bridge driver registers a subdev it can set sd->grp_id
374 to whatever value it wants (it's 0 by default). This value is owned by the
375 bridge driver and the sub-device driver will never modify or use it.
377 The group ID gives the bridge driver more control how callbacks are called.
378 For example, there may be multiple audio chips on a board, each capable of
379 changing the volume. But usually only one will actually be used when the
380 user want to change the volume. You can set the group ID for that subdev to
381 e.g. AUDIO_CONTROLLER and specify that as the group ID value when calling
382 v4l2_device_call_all(). That ensures that it will only go to the subdev
383 that needs it.
385 If the sub-device needs to notify its v4l2_device parent of an event, then
386 it can call v4l2_subdev_notify(sd, notification, arg). This macro checks
387 whether there is a notify() callback defined and returns -ENODEV if not.
388 Otherwise the result of the notify() call is returned.
390 The advantage of using v4l2_subdev is that it is a generic struct and does
391 not contain any knowledge about the underlying hardware. So a driver might
392 contain several subdevs that use an I2C bus, but also a subdev that is
393 controlled through GPIO pins. This distinction is only relevant when setting
394 up the device, but once the subdev is registered it is completely transparent.
397 V4L2 sub-device userspace API
398 -----------------------------
400 Beside exposing a kernel API through the v4l2_subdev_ops structure, V4L2
401 sub-devices can also be controlled directly by userspace applications.
403 Device nodes named v4l-subdevX can be created in /dev to access sub-devices
404 directly. If a sub-device supports direct userspace configuration it must set
405 the V4L2_SUBDEV_FL_HAS_DEVNODE flag before being registered.
407 After registering sub-devices, the v4l2_device driver can create device nodes
408 for all registered sub-devices marked with V4L2_SUBDEV_FL_HAS_DEVNODE by calling
409 v4l2_device_register_subdev_nodes(). Those device nodes will be automatically
410 removed when sub-devices are unregistered.
412 The device node handles a subset of the V4L2 API.
414 VIDIOC_QUERYCTRL
415 VIDIOC_QUERYMENU
416 VIDIOC_G_CTRL
417 VIDIOC_S_CTRL
418 VIDIOC_G_EXT_CTRLS
419 VIDIOC_S_EXT_CTRLS
420 VIDIOC_TRY_EXT_CTRLS
422         The controls ioctls are identical to the ones defined in V4L2. They
423         behave identically, with the only exception that they deal only with
424         controls implemented in the sub-device. Depending on the driver, those
425         controls can be also be accessed through one (or several) V4L2 device
426         nodes.
428 VIDIOC_DQEVENT
429 VIDIOC_SUBSCRIBE_EVENT
430 VIDIOC_UNSUBSCRIBE_EVENT
432         The events ioctls are identical to the ones defined in V4L2. They
433         behave identically, with the only exception that they deal only with
434         events generated by the sub-device. Depending on the driver, those
435         events can also be reported by one (or several) V4L2 device nodes.
437         Sub-device drivers that want to use events need to set the
438         V4L2_SUBDEV_USES_EVENTS v4l2_subdev::flags and initialize
439         v4l2_subdev::nevents to events queue depth before registering the
440         sub-device. After registration events can be queued as usual on the
441         v4l2_subdev::devnode device node.
443         To properly support events, the poll() file operation is also
444         implemented.
446 Private ioctls
448         All ioctls not in the above list are passed directly to the sub-device
449         driver through the core::ioctl operation.
452 I2C sub-device drivers
453 ----------------------
455 Since these drivers are so common, special helper functions are available to
456 ease the use of these drivers (v4l2-common.h).
458 The recommended method of adding v4l2_subdev support to an I2C driver is to
459 embed the v4l2_subdev struct into the state struct that is created for each
460 I2C device instance. Very simple devices have no state struct and in that case
461 you can just create a v4l2_subdev directly.
463 A typical state struct would look like this (where 'chipname' is replaced by
464 the name of the chip):
466 struct chipname_state {
467         struct v4l2_subdev sd;
468         ...  /* additional state fields */
471 Initialize the v4l2_subdev struct as follows:
473         v4l2_i2c_subdev_init(&state->sd, client, subdev_ops);
475 This function will fill in all the fields of v4l2_subdev and ensure that the
476 v4l2_subdev and i2c_client both point to one another.
478 You should also add a helper inline function to go from a v4l2_subdev pointer
479 to a chipname_state struct:
481 static inline struct chipname_state *to_state(struct v4l2_subdev *sd)
483         return container_of(sd, struct chipname_state, sd);
486 Use this to go from the v4l2_subdev struct to the i2c_client struct:
488         struct i2c_client *client = v4l2_get_subdevdata(sd);
490 And this to go from an i2c_client to a v4l2_subdev struct:
492         struct v4l2_subdev *sd = i2c_get_clientdata(client);
494 Make sure to call v4l2_device_unregister_subdev(sd) when the remove() callback
495 is called. This will unregister the sub-device from the bridge driver. It is
496 safe to call this even if the sub-device was never registered.
498 You need to do this because when the bridge driver destroys the i2c adapter
499 the remove() callbacks are called of the i2c devices on that adapter.
500 After that the corresponding v4l2_subdev structures are invalid, so they
501 have to be unregistered first. Calling v4l2_device_unregister_subdev(sd)
502 from the remove() callback ensures that this is always done correctly.
505 The bridge driver also has some helper functions it can use:
507 struct v4l2_subdev *sd = v4l2_i2c_new_subdev(v4l2_dev, adapter,
508                "module_foo", "chipid", 0x36, NULL);
510 This loads the given module (can be NULL if no module needs to be loaded) and
511 calls i2c_new_device() with the given i2c_adapter and chip/address arguments.
512 If all goes well, then it registers the subdev with the v4l2_device.
514 You can also use the last argument of v4l2_i2c_new_subdev() to pass an array
515 of possible I2C addresses that it should probe. These probe addresses are
516 only used if the previous argument is 0. A non-zero argument means that you
517 know the exact i2c address so in that case no probing will take place.
519 Both functions return NULL if something went wrong.
521 Note that the chipid you pass to v4l2_i2c_new_subdev() is usually
522 the same as the module name. It allows you to specify a chip variant, e.g.
523 "saa7114" or "saa7115". In general though the i2c driver autodetects this.
524 The use of chipid is something that needs to be looked at more closely at a
525 later date. It differs between i2c drivers and as such can be confusing.
526 To see which chip variants are supported you can look in the i2c driver code
527 for the i2c_device_id table. This lists all the possibilities.
529 There are two more helper functions:
531 v4l2_i2c_new_subdev_cfg: this function adds new irq and platform_data
532 arguments and has both 'addr' and 'probed_addrs' arguments: if addr is not
533 0 then that will be used (non-probing variant), otherwise the probed_addrs
534 are probed.
536 For example: this will probe for address 0x10:
538 struct v4l2_subdev *sd = v4l2_i2c_new_subdev_cfg(v4l2_dev, adapter,
539                "module_foo", "chipid", 0, NULL, 0, I2C_ADDRS(0x10));
541 v4l2_i2c_new_subdev_board uses an i2c_board_info struct which is passed
542 to the i2c driver and replaces the irq, platform_data and addr arguments.
544 If the subdev supports the s_config core ops, then that op is called with
545 the irq and platform_data arguments after the subdev was setup. The older
546 v4l2_i2c_new_(probed_)subdev functions will call s_config as well, but with
547 irq set to 0 and platform_data set to NULL.
549 struct video_device
550 -------------------
552 The actual device nodes in the /dev directory are created using the
553 video_device struct (v4l2-dev.h). This struct can either be allocated
554 dynamically or embedded in a larger struct.
556 To allocate it dynamically use:
558         struct video_device *vdev = video_device_alloc();
560         if (vdev == NULL)
561                 return -ENOMEM;
563         vdev->release = video_device_release;
565 If you embed it in a larger struct, then you must set the release()
566 callback to your own function:
568         struct video_device *vdev = &my_vdev->vdev;
570         vdev->release = my_vdev_release;
572 The release callback must be set and it is called when the last user
573 of the video device exits.
575 The default video_device_release() callback just calls kfree to free the
576 allocated memory.
578 You should also set these fields:
580 - v4l2_dev: set to the v4l2_device parent device.
582 - name: set to something descriptive and unique.
584 - vfl_dir: set this to VFL_DIR_RX for capture devices (VFL_DIR_RX has value 0,
585   so this is normally already the default), set to VFL_DIR_TX for output
586   devices and VFL_DIR_M2M for mem2mem (codec) devices.
588 - fops: set to the v4l2_file_operations struct.
590 - ioctl_ops: if you use the v4l2_ioctl_ops to simplify ioctl maintenance
591   (highly recommended to use this and it might become compulsory in the
592   future!), then set this to your v4l2_ioctl_ops struct. The vfl_type and
593   vfl_dir fields are used to disable ops that do not match the type/dir
594   combination. E.g. VBI ops are disabled for non-VBI nodes, and output ops
595   are disabled for a capture device. This makes it possible to provide
596   just one v4l2_ioctl_ops struct for both vbi and video nodes.
598 - lock: leave to NULL if you want to do all the locking in the driver.
599   Otherwise you give it a pointer to a struct mutex_lock and before the
600   unlocked_ioctl file operation is called this lock will be taken by the
601   core and released afterwards. See the next section for more details.
603 - queue: a pointer to the struct vb2_queue associated with this device node.
604   If queue is non-NULL, and queue->lock is non-NULL, then queue->lock is
605   used for the queuing ioctls (VIDIOC_REQBUFS, CREATE_BUFS, QBUF, DQBUF,
606   QUERYBUF, PREPARE_BUF, STREAMON and STREAMOFF) instead of the lock above.
607   That way the vb2 queuing framework does not have to wait for other ioctls.
608   This queue pointer is also used by the vb2 helper functions to check for
609   queuing ownership (i.e. is the filehandle calling it allowed to do the
610   operation).
612 - prio: keeps track of the priorities. Used to implement VIDIOC_G/S_PRIORITY.
613   If left to NULL, then it will use the struct v4l2_prio_state in v4l2_device.
614   If you want to have a separate priority state per (group of) device node(s),
615   then you can point it to your own struct v4l2_prio_state.
617 - parent: you only set this if v4l2_device was registered with NULL as
618   the parent device struct. This only happens in cases where one hardware
619   device has multiple PCI devices that all share the same v4l2_device core.
621   The cx88 driver is an example of this: one core v4l2_device struct, but
622   it is used by both an raw video PCI device (cx8800) and a MPEG PCI device
623   (cx8802). Since the v4l2_device cannot be associated with a particular
624   PCI device it is setup without a parent device. But when the struct
625   video_device is setup you do know which parent PCI device to use.
627 - flags: optional. Set to V4L2_FL_USE_FH_PRIO if you want to let the framework
628   handle the VIDIOC_G/S_PRIORITY ioctls. This requires that you use struct
629   v4l2_fh. Eventually this flag will disappear once all drivers use the core
630   priority handling. But for now it has to be set explicitly.
632 If you use v4l2_ioctl_ops, then you should set .unlocked_ioctl to video_ioctl2
633 in your v4l2_file_operations struct.
635 Do not use .ioctl! This is deprecated and will go away in the future.
637 In some cases you want to tell the core that a function you had specified in
638 your v4l2_ioctl_ops should be ignored. You can mark such ioctls by calling this
639 function before video_device_register is called:
641 void v4l2_disable_ioctl(struct video_device *vdev, unsigned int cmd);
643 This tends to be needed if based on external factors (e.g. which card is
644 being used) you want to turns off certain features in v4l2_ioctl_ops without
645 having to make a new struct.
647 The v4l2_file_operations struct is a subset of file_operations. The main
648 difference is that the inode argument is omitted since it is never used.
650 If integration with the media framework is needed, you must initialize the
651 media_entity struct embedded in the video_device struct (entity field) by
652 calling media_entity_init():
654         struct media_pad *pad = &my_vdev->pad;
655         int err;
657         err = media_entity_init(&vdev->entity, 1, pad, 0);
659 The pads array must have been previously initialized. There is no need to
660 manually set the struct media_entity type and name fields.
662 A reference to the entity will be automatically acquired/released when the
663 video device is opened/closed.
665 ioctls and locking
666 ------------------
668 The V4L core provides optional locking services. The main service is the
669 lock field in struct video_device, which is a pointer to a mutex. If you set
670 this pointer, then that will be used by unlocked_ioctl to serialize all ioctls.
672 If you are using the videobuf2 framework, then there is a second lock that you
673 can set: video_device->queue->lock. If set, then this lock will be used instead
674 of video_device->lock to serialize all queuing ioctls (see the previous section
675 for the full list of those ioctls).
677 The advantage of using a different lock for the queuing ioctls is that for some
678 drivers (particularly USB drivers) certain commands such as setting controls
679 can take a long time, so you want to use a separate lock for the buffer queuing
680 ioctls. That way your VIDIOC_DQBUF doesn't stall because the driver is busy
681 changing the e.g. exposure of the webcam.
683 Of course, you can always do all the locking yourself by leaving both lock
684 pointers at NULL.
686 If you use the old videobuf then you must pass the video_device lock to the
687 videobuf queue initialize function: if videobuf has to wait for a frame to
688 arrive, then it will temporarily unlock the lock and relock it afterwards. If
689 your driver also waits in the code, then you should do the same to allow other
690 processes to access the device node while the first process is waiting for
691 something.
693 In the case of videobuf2 you will need to implement the wait_prepare and
694 wait_finish callbacks to unlock/lock if applicable. If you use the queue->lock
695 pointer, then you can use the helper functions vb2_ops_wait_prepare/finish.
697 The implementation of a hotplug disconnect should also take the lock from
698 video_device before calling v4l2_device_disconnect. If you are also using
699 video_device->queue->lock, then you have to first lock video_device->queue->lock
700 followed by video_device->lock. That way you can be sure no ioctl is running
701 when you call v4l2_device_disconnect.
703 video_device registration
704 -------------------------
706 Next you register the video device: this will create the character device
707 for you.
709         err = video_register_device(vdev, VFL_TYPE_GRABBER, -1);
710         if (err) {
711                 video_device_release(vdev); /* or kfree(my_vdev); */
712                 return err;
713         }
715 If the v4l2_device parent device has a non-NULL mdev field, the video device
716 entity will be automatically registered with the media device.
718 Which device is registered depends on the type argument. The following
719 types exist:
721 VFL_TYPE_GRABBER: videoX for video input/output devices
722 VFL_TYPE_VBI: vbiX for vertical blank data (i.e. closed captions, teletext)
723 VFL_TYPE_RADIO: radioX for radio tuners
725 The last argument gives you a certain amount of control over the device
726 device node number used (i.e. the X in videoX). Normally you will pass -1
727 to let the v4l2 framework pick the first free number. But sometimes users
728 want to select a specific node number. It is common that drivers allow
729 the user to select a specific device node number through a driver module
730 option. That number is then passed to this function and video_register_device
731 will attempt to select that device node number. If that number was already
732 in use, then the next free device node number will be selected and it
733 will send a warning to the kernel log.
735 Another use-case is if a driver creates many devices. In that case it can
736 be useful to place different video devices in separate ranges. For example,
737 video capture devices start at 0, video output devices start at 16.
738 So you can use the last argument to specify a minimum device node number
739 and the v4l2 framework will try to pick the first free number that is equal
740 or higher to what you passed. If that fails, then it will just pick the
741 first free number.
743 Since in this case you do not care about a warning about not being able
744 to select the specified device node number, you can call the function
745 video_register_device_no_warn() instead.
747 Whenever a device node is created some attributes are also created for you.
748 If you look in /sys/class/video4linux you see the devices. Go into e.g.
749 video0 and you will see 'name' and 'index' attributes. The 'name' attribute
750 is the 'name' field of the video_device struct.
752 The 'index' attribute is the index of the device node: for each call to
753 video_register_device() the index is just increased by 1. The first video
754 device node you register always starts with index 0.
756 Users can setup udev rules that utilize the index attribute to make fancy
757 device names (e.g. 'mpegX' for MPEG video capture device nodes).
759 After the device was successfully registered, then you can use these fields:
761 - vfl_type: the device type passed to video_register_device.
762 - minor: the assigned device minor number.
763 - num: the device node number (i.e. the X in videoX).
764 - index: the device index number.
766 If the registration failed, then you need to call video_device_release()
767 to free the allocated video_device struct, or free your own struct if the
768 video_device was embedded in it. The vdev->release() callback will never
769 be called if the registration failed, nor should you ever attempt to
770 unregister the device if the registration failed.
773 video_device cleanup
774 --------------------
776 When the video device nodes have to be removed, either during the unload
777 of the driver or because the USB device was disconnected, then you should
778 unregister them:
780         video_unregister_device(vdev);
782 This will remove the device nodes from sysfs (causing udev to remove them
783 from /dev).
785 After video_unregister_device() returns no new opens can be done. However,
786 in the case of USB devices some application might still have one of these
787 device nodes open. So after the unregister all file operations (except
788 release, of course) will return an error as well.
790 When the last user of the video device node exits, then the vdev->release()
791 callback is called and you can do the final cleanup there.
793 Don't forget to cleanup the media entity associated with the video device if
794 it has been initialized:
796         media_entity_cleanup(&vdev->entity);
798 This can be done from the release callback.
801 video_device helper functions
802 -----------------------------
804 There are a few useful helper functions:
806 - file/video_device private data
808 You can set/get driver private data in the video_device struct using:
810 void *video_get_drvdata(struct video_device *vdev);
811 void video_set_drvdata(struct video_device *vdev, void *data);
813 Note that you can safely call video_set_drvdata() before calling
814 video_register_device().
816 And this function:
818 struct video_device *video_devdata(struct file *file);
820 returns the video_device belonging to the file struct.
822 The video_drvdata function combines video_get_drvdata with video_devdata:
824 void *video_drvdata(struct file *file);
826 You can go from a video_device struct to the v4l2_device struct using:
828 struct v4l2_device *v4l2_dev = vdev->v4l2_dev;
830 - Device node name
832 The video_device node kernel name can be retrieved using
834 const char *video_device_node_name(struct video_device *vdev);
836 The name is used as a hint by userspace tools such as udev. The function
837 should be used where possible instead of accessing the video_device::num and
838 video_device::minor fields.
841 video buffer helper functions
842 -----------------------------
844 The v4l2 core API provides a set of standard methods (called "videobuf")
845 for dealing with video buffers. Those methods allow a driver to implement
846 read(), mmap() and overlay() in a consistent way.  There are currently
847 methods for using video buffers on devices that supports DMA with
848 scatter/gather method (videobuf-dma-sg), DMA with linear access
849 (videobuf-dma-contig), and vmalloced buffers, mostly used on USB drivers
850 (videobuf-vmalloc).
852 Please see Documentation/video4linux/videobuf for more information on how
853 to use the videobuf layer.
855 struct v4l2_fh
856 --------------
858 struct v4l2_fh provides a way to easily keep file handle specific data
859 that is used by the V4L2 framework. New drivers must use struct v4l2_fh
860 since it is also used to implement priority handling (VIDIOC_G/S_PRIORITY)
861 if the video_device flag V4L2_FL_USE_FH_PRIO is also set.
863 The users of v4l2_fh (in the V4L2 framework, not the driver) know
864 whether a driver uses v4l2_fh as its file->private_data pointer by
865 testing the V4L2_FL_USES_V4L2_FH bit in video_device->flags. This bit is
866 set whenever v4l2_fh_init() is called.
868 struct v4l2_fh is allocated as a part of the driver's own file handle
869 structure and file->private_data is set to it in the driver's open
870 function by the driver.
872 In many cases the struct v4l2_fh will be embedded in a larger structure.
873 In that case you should call v4l2_fh_init+v4l2_fh_add in open() and
874 v4l2_fh_del+v4l2_fh_exit in release().
876 Drivers can extract their own file handle structure by using the container_of
877 macro. Example:
879 struct my_fh {
880         int blah;
881         struct v4l2_fh fh;
886 int my_open(struct file *file)
888         struct my_fh *my_fh;
889         struct video_device *vfd;
890         int ret;
892         ...
894         my_fh = kzalloc(sizeof(*my_fh), GFP_KERNEL);
896         ...
898         v4l2_fh_init(&my_fh->fh, vfd);
900         ...
902         file->private_data = &my_fh->fh;
903         v4l2_fh_add(&my_fh->fh);
904         return 0;
907 int my_release(struct file *file)
909         struct v4l2_fh *fh = file->private_data;
910         struct my_fh *my_fh = container_of(fh, struct my_fh, fh);
912         ...
913         v4l2_fh_del(&my_fh->fh);
914         v4l2_fh_exit(&my_fh->fh);
915         kfree(my_fh);
916         return 0;
919 Below is a short description of the v4l2_fh functions used:
921 void v4l2_fh_init(struct v4l2_fh *fh, struct video_device *vdev)
923   Initialise the file handle. This *MUST* be performed in the driver's
924   v4l2_file_operations->open() handler.
926 void v4l2_fh_add(struct v4l2_fh *fh)
928   Add a v4l2_fh to video_device file handle list. Must be called once the
929   file handle is completely initialized.
931 void v4l2_fh_del(struct v4l2_fh *fh)
933   Unassociate the file handle from video_device(). The file handle
934   exit function may now be called.
936 void v4l2_fh_exit(struct v4l2_fh *fh)
938   Uninitialise the file handle. After uninitialisation the v4l2_fh
939   memory can be freed.
942 If struct v4l2_fh is not embedded, then you can use these helper functions:
944 int v4l2_fh_open(struct file *filp)
946   This allocates a struct v4l2_fh, initializes it and adds it to the struct
947   video_device associated with the file struct.
949 int v4l2_fh_release(struct file *filp)
951   This deletes it from the struct video_device associated with the file
952   struct, uninitialised the v4l2_fh and frees it.
954 These two functions can be plugged into the v4l2_file_operation's open() and
955 release() ops.
958 Several drivers need to do something when the first file handle is opened and
959 when the last file handle closes. Two helper functions were added to check
960 whether the v4l2_fh struct is the only open filehandle of the associated
961 device node:
963 int v4l2_fh_is_singular(struct v4l2_fh *fh)
965   Returns 1 if the file handle is the only open file handle, else 0.
967 int v4l2_fh_is_singular_file(struct file *filp)
969   Same, but it calls v4l2_fh_is_singular with filp->private_data.
972 V4L2 events
973 -----------
975 The V4L2 events provide a generic way to pass events to user space.
976 The driver must use v4l2_fh to be able to support V4L2 events.
978 Events are defined by a type and an optional ID. The ID may refer to a V4L2
979 object such as a control ID. If unused, then the ID is 0.
981 When the user subscribes to an event the driver will allocate a number of
982 kevent structs for that event. So every (type, ID) event tuple will have
983 its own set of kevent structs. This guarantees that if a driver is generating
984 lots of events of one type in a short time, then that will not overwrite
985 events of another type.
987 But if you get more events of one type than the number of kevents that were
988 reserved, then the oldest event will be dropped and the new one added.
990 Furthermore, the internal struct v4l2_subscribed_event has merge() and
991 replace() callbacks which drivers can set. These callbacks are called when
992 a new event is raised and there is no more room. The replace() callback
993 allows you to replace the payload of the old event with that of the new event,
994 merging any relevant data from the old payload into the new payload that
995 replaces it. It is called when this event type has only one kevent struct
996 allocated. The merge() callback allows you to merge the oldest event payload
997 into that of the second-oldest event payload. It is called when there are two
998 or more kevent structs allocated.
1000 This way no status information is lost, just the intermediate steps leading
1001 up to that state.
1003 A good example of these replace/merge callbacks is in v4l2-event.c:
1004 ctrls_replace() and ctrls_merge() callbacks for the control event.
1006 Note: these callbacks can be called from interrupt context, so they must be
1007 fast.
1009 Useful functions:
1011 void v4l2_event_queue(struct video_device *vdev, const struct v4l2_event *ev)
1013   Queue events to video device. The driver's only responsibility is to fill
1014   in the type and the data fields. The other fields will be filled in by
1015   V4L2.
1017 int v4l2_event_subscribe(struct v4l2_fh *fh,
1018                          struct v4l2_event_subscription *sub, unsigned elems,
1019                          const struct v4l2_subscribed_event_ops *ops)
1021   The video_device->ioctl_ops->vidioc_subscribe_event must check the driver
1022   is able to produce events with specified event id. Then it calls
1023   v4l2_event_subscribe() to subscribe the event.
1025   The elems argument is the size of the event queue for this event. If it is 0,
1026   then the framework will fill in a default value (this depends on the event
1027   type).
1029   The ops argument allows the driver to specify a number of callbacks:
1030   * add:     called when a new listener gets added (subscribing to the same
1031              event twice will only cause this callback to get called once)
1032   * del:     called when a listener stops listening
1033   * replace: replace event 'old' with event 'new'.
1034   * merge:   merge event 'old' into event 'new'.
1035   All 4 callbacks are optional, if you don't want to specify any callbacks
1036   the ops argument itself maybe NULL.
1038 int v4l2_event_unsubscribe(struct v4l2_fh *fh,
1039                            struct v4l2_event_subscription *sub)
1041   vidioc_unsubscribe_event in struct v4l2_ioctl_ops. A driver may use
1042   v4l2_event_unsubscribe() directly unless it wants to be involved in
1043   unsubscription process.
1045   The special type V4L2_EVENT_ALL may be used to unsubscribe all events. The
1046   drivers may want to handle this in a special way.
1048 int v4l2_event_pending(struct v4l2_fh *fh)
1050   Returns the number of pending events. Useful when implementing poll.
1052 Events are delivered to user space through the poll system call. The driver
1053 can use v4l2_fh->wait (a wait_queue_head_t) as the argument for poll_wait().
1055 There are standard and private events. New standard events must use the
1056 smallest available event type. The drivers must allocate their events from
1057 their own class starting from class base. Class base is
1058 V4L2_EVENT_PRIVATE_START + n * 1000 where n is the lowest available number.
1059 The first event type in the class is reserved for future use, so the first
1060 available event type is 'class base + 1'.
1062 An example on how the V4L2 events may be used can be found in the OMAP
1063 3 ISP driver (drivers/media/platform/omap3isp).