[media] v4l2-subdev.rst: add two sections from v4l2-framework.rst
[cascardo/linux.git] / Documentation / media / kapi / v4l2-subdev.rst
1 V4L2 sub-devices
2 ----------------
3
4 Many drivers need to communicate with sub-devices. These devices can do all
5 sort of tasks, but most commonly they handle audio and/or video muxing,
6 encoding or decoding. For webcams common sub-devices are sensors and camera
7 controllers.
8
9 Usually these are I2C devices, but not necessarily. In order to provide the
10 driver with a consistent interface to these sub-devices the
11 :c:type:`v4l2_subdev` struct (v4l2-subdev.h) was created.
12
13 Each sub-device driver must have a :c:type:`v4l2_subdev` struct. This struct
14 can be stand-alone for simple sub-devices or it might be embedded in a larger
15 struct if more state information needs to be stored. Usually there is a
16 low-level device struct (e.g. ``i2c_client``) that contains the device data as
17 setup by the kernel. It is recommended to store that pointer in the private
18 data of :c:type:`v4l2_subdev` using :cpp:func:`v4l2_set_subdevdata`. That makes
19 it easy to go from a :c:type:`v4l2_subdev` to the actual low-level bus-specific
20 device data.
21
22 You also need a way to go from the low-level struct to :c:type:`v4l2_subdev`.
23 For the common i2c_client struct the i2c_set_clientdata() call is used to store
24 a :c:type:`v4l2_subdev` pointer, for other busses you may have to use other
25 methods.
26
27 Bridges might also need to store per-subdev private data, such as a pointer to
28 bridge-specific per-subdev private data. The :c:type:`v4l2_subdev` structure
29 provides host private data for that purpose that can be accessed with
30 :cpp:func:`v4l2_get_subdev_hostdata` and :cpp:func:`v4l2_set_subdev_hostdata`.
31
32 From the bridge driver perspective, you load the sub-device module and somehow
33 obtain the :c:type:`v4l2_subdev` pointer. For i2c devices this is easy: you call
34 ``i2c_get_clientdata()``. For other busses something similar needs to be done.
35 Helper functions exists for sub-devices on an I2C bus that do most of this
36 tricky work for you.
37
38 Each :c:type:`v4l2_subdev` contains function pointers that sub-device drivers
39 can implement (or leave ``NULL`` if it is not applicable). Since sub-devices can
40 do so many different things and you do not want to end up with a huge ops struct
41 of which only a handful of ops are commonly implemented, the function pointers
42 are sorted according to category and each category has its own ops struct.
43
44 The top-level ops struct contains pointers to the category ops structs, which
45 may be NULL if the subdev driver does not support anything from that category.
46
47 It looks like this:
48
49 .. code-block:: c
50
51         struct v4l2_subdev_core_ops {
52                 int (*log_status)(struct v4l2_subdev *sd);
53                 int (*init)(struct v4l2_subdev *sd, u32 val);
54                 ...
55         };
56
57         struct v4l2_subdev_tuner_ops {
58                 ...
59         };
60
61         struct v4l2_subdev_audio_ops {
62                 ...
63         };
64
65         struct v4l2_subdev_video_ops {
66                 ...
67         };
68
69         struct v4l2_subdev_pad_ops {
70                 ...
71         };
72
73         struct v4l2_subdev_ops {
74                 const struct v4l2_subdev_core_ops  *core;
75                 const struct v4l2_subdev_tuner_ops *tuner;
76                 const struct v4l2_subdev_audio_ops *audio;
77                 const struct v4l2_subdev_video_ops *video;
78                 const struct v4l2_subdev_pad_ops *video;
79         };
80
81 The core ops are common to all subdevs, the other categories are implemented
82 depending on the sub-device. E.g. a video device is unlikely to support the
83 audio ops and vice versa.
84
85 This setup limits the number of function pointers while still making it easy
86 to add new ops and categories.
87
88 A sub-device driver initializes the :c:type:`v4l2_subdev` struct using:
89
90         :cpp:func:`v4l2_subdev_init <v4l2_subdev_init>`
91         (:c:type:`sd <v4l2_subdev>`, &\ :c:type:`ops <v4l2_subdev_ops>`).
92
93
94 Afterwards you need to initialize :c:type:`sd <v4l2_subdev>`->name with a
95 unique name and set the module owner. This is done for you if you use the
96 i2c helper functions.
97
98 If integration with the media framework is needed, you must initialize the
99 :c:type:`media_entity` struct embedded in the :c:type:`v4l2_subdev` struct
100 (entity field) by calling :cpp:func:`media_entity_pads_init`, if the entity has
101 pads:
102
103 .. code-block:: c
104
105         struct media_pad *pads = &my_sd->pads;
106         int err;
107
108         err = media_entity_pads_init(&sd->entity, npads, pads);
109
110 The pads array must have been previously initialized. There is no need to
111 manually set the struct :c:type:`media_entity` function and name fields, but the
112 revision field must be initialized if needed.
113
114 A reference to the entity will be automatically acquired/released when the
115 subdev device node (if any) is opened/closed.
116
117 Don't forget to cleanup the media entity before the sub-device is destroyed:
118
119 .. code-block:: c
120
121         media_entity_cleanup(&sd->entity);
122
123 If the subdev driver intends to process video and integrate with the media
124 framework, it must implement format related functionality using
125 :c:type:`v4l2_subdev_pad_ops` instead of :c:type:`v4l2_subdev_video_ops`.
126
127 In that case, the subdev driver may set the link_validate field to provide
128 its own link validation function. The link validation function is called for
129 every link in the pipeline where both of the ends of the links are V4L2
130 sub-devices. The driver is still responsible for validating the correctness
131 of the format configuration between sub-devices and video nodes.
132
133 If link_validate op is not set, the default function
134 :cpp:func:`v4l2_subdev_link_validate_default` is used instead. This function
135 ensures that width, height and the media bus pixel code are equal on both source
136 and sink of the link. Subdev drivers are also free to use this function to
137 perform the checks mentioned above in addition to their own checks.
138
139 There are currently two ways to register subdevices with the V4L2 core. The
140 first (traditional) possibility is to have subdevices registered by bridge
141 drivers. This can be done when the bridge driver has the complete information
142 about subdevices connected to it and knows exactly when to register them. This
143 is typically the case for internal subdevices, like video data processing units
144 within SoCs or complex PCI(e) boards, camera sensors in USB cameras or connected
145 to SoCs, which pass information about them to bridge drivers, usually in their
146 platform data.
147
148 There are however also situations where subdevices have to be registered
149 asynchronously to bridge devices. An example of such a configuration is a Device
150 Tree based system where information about subdevices is made available to the
151 system independently from the bridge devices, e.g. when subdevices are defined
152 in DT as I2C device nodes. The API used in this second case is described further
153 below.
154
155 Using one or the other registration method only affects the probing process, the
156 run-time bridge-subdevice interaction is in both cases the same.
157
158 In the synchronous case a device (bridge) driver needs to register the
159 :c:type:`v4l2_subdev` with the v4l2_device:
160
161         :cpp:func:`v4l2_device_register_subdev <v4l2_device_register_subdev>`
162         (:c:type:`v4l2_dev <v4l2_device>`, :c:type:`sd <v4l2_subdev>`).
163
164 This can fail if the subdev module disappeared before it could be registered.
165 After this function was called successfully the subdev->dev field points to
166 the :c:type:`v4l2_device`.
167
168 If the v4l2_device parent device has a non-NULL mdev field, the sub-device
169 entity will be automatically registered with the media device.
170
171 You can unregister a sub-device using:
172
173         :cpp:func:`v4l2_device_unregister_subdev <v4l2_device_unregister_subdev>`
174         (:c:type:`sd <v4l2_subdev>`).
175
176
177 Afterwards the subdev module can be unloaded and
178 :c:type:`sd <v4l2_subdev>`->dev == ``NULL``.
179
180 You can call an ops function either directly:
181
182 .. code-block:: c
183
184         err = sd->ops->core->g_std(sd, &norm);
185
186 but it is better and easier to use this macro:
187
188 .. code-block:: c
189
190         err = v4l2_subdev_call(sd, core, g_std, &norm);
191
192 The macro will to the right ``NULL`` pointer checks and returns ``-ENODEV``
193 if :c:type:`sd <v4l2_subdev>` is ``NULL``, ``-ENOIOCTLCMD`` if either
194 :c:type:`sd <v4l2_subdev>`->core or :c:type:`sd <v4l2_subdev>`->core->g_std is ``NULL``, or the actual result of the
195 :c:type:`sd <v4l2_subdev>`->ops->core->g_std ops.
196
197 It is also possible to call all or a subset of the sub-devices:
198
199 .. code-block:: c
200
201         v4l2_device_call_all(v4l2_dev, 0, core, g_std, &norm);
202
203 Any subdev that does not support this ops is skipped and error results are
204 ignored. If you want to check for errors use this:
205
206 .. code-block:: c
207
208         err = v4l2_device_call_until_err(v4l2_dev, 0, core, g_std, &norm);
209
210 Any error except ``-ENOIOCTLCMD`` will exit the loop with that error. If no
211 errors (except ``-ENOIOCTLCMD``) occurred, then 0 is returned.
212
213 The second argument to both calls is a group ID. If 0, then all subdevs are
214 called. If non-zero, then only those whose group ID match that value will
215 be called. Before a bridge driver registers a subdev it can set
216 :c:type:`sd <v4l2_subdev>`->grp_id to whatever value it wants (it's 0 by
217 default). This value is owned by the bridge driver and the sub-device driver
218 will never modify or use it.
219
220 The group ID gives the bridge driver more control how callbacks are called.
221 For example, there may be multiple audio chips on a board, each capable of
222 changing the volume. But usually only one will actually be used when the
223 user want to change the volume. You can set the group ID for that subdev to
224 e.g. AUDIO_CONTROLLER and specify that as the group ID value when calling
225 ``v4l2_device_call_all()``. That ensures that it will only go to the subdev
226 that needs it.
227
228 If the sub-device needs to notify its v4l2_device parent of an event, then
229 it can call ``v4l2_subdev_notify(sd, notification, arg)``. This macro checks
230 whether there is a ``notify()`` callback defined and returns ``-ENODEV`` if not.
231 Otherwise the result of the ``notify()`` call is returned.
232
233 The advantage of using :c:type:`v4l2_subdev` is that it is a generic struct and
234 does not contain any knowledge about the underlying hardware. So a driver might
235 contain several subdevs that use an I2C bus, but also a subdev that is
236 controlled through GPIO pins. This distinction is only relevant when setting
237 up the device, but once the subdev is registered it is completely transparent.
238
239 In the asynchronous case subdevice probing can be invoked independently of the
240 bridge driver availability. The subdevice driver then has to verify whether all
241 the requirements for a successful probing are satisfied. This can include a
242 check for a master clock availability. If any of the conditions aren't satisfied
243 the driver might decide to return ``-EPROBE_DEFER`` to request further reprobing
244 attempts. Once all conditions are met the subdevice shall be registered using
245 the :cpp:func:`v4l2_async_register_subdev` function. Unregistration is
246 performed using the :cpp:func:`v4l2_async_unregister_subdev` call. Subdevices
247 registered this way are stored in a global list of subdevices, ready to be
248 picked up by bridge drivers.
249
250 Bridge drivers in turn have to register a notifier object with an array of
251 subdevice descriptors that the bridge device needs for its operation. This is
252 performed using the :cpp:func:`v4l2_async_notifier_register` call. To
253 unregister the notifier the driver has to call
254 :cpp:func:`v4l2_async_notifier_unregister`. The former of the two functions
255 takes two arguments: a pointer to struct :c:type:`v4l2_device` and a pointer to
256 struct :c:type:`v4l2_async_notifier`. The latter contains a pointer to an array
257 of pointers to subdevice descriptors of type struct :c:type:`v4l2_async_subdev`
258 type. The V4L2 core will then use these descriptors to match asynchronously
259 registered
260 subdevices to them. If a match is detected the ``.bound()`` notifier callback
261 is called. After all subdevices have been located the .complete() callback is
262 called. When a subdevice is removed from the system the .unbind() method is
263 called. All three callbacks are optional.
264
265 V4L2 sub-device userspace API
266 -----------------------------
267
268 Beside exposing a kernel API through the v4l2_subdev_ops structure, V4L2
269 sub-devices can also be controlled directly by userspace applications.
270
271 Device nodes named v4l-subdevX can be created in /dev to access sub-devices
272 directly. If a sub-device supports direct userspace configuration it must set
273 the V4L2_SUBDEV_FL_HAS_DEVNODE flag before being registered.
274
275 After registering sub-devices, the v4l2_device driver can create device nodes
276 for all registered sub-devices marked with V4L2_SUBDEV_FL_HAS_DEVNODE by calling
277 v4l2_device_register_subdev_nodes(). Those device nodes will be automatically
278 removed when sub-devices are unregistered.
279
280 The device node handles a subset of the V4L2 API.
281
282 VIDIOC_QUERYCTRL
283 VIDIOC_QUERYMENU
284 VIDIOC_G_CTRL
285 VIDIOC_S_CTRL
286 VIDIOC_G_EXT_CTRLS
287 VIDIOC_S_EXT_CTRLS
288 VIDIOC_TRY_EXT_CTRLS
289
290         The controls ioctls are identical to the ones defined in V4L2. They
291         behave identically, with the only exception that they deal only with
292         controls implemented in the sub-device. Depending on the driver, those
293         controls can be also be accessed through one (or several) V4L2 device
294         nodes.
295
296 VIDIOC_DQEVENT
297 VIDIOC_SUBSCRIBE_EVENT
298 VIDIOC_UNSUBSCRIBE_EVENT
299
300         The events ioctls are identical to the ones defined in V4L2. They
301         behave identically, with the only exception that they deal only with
302         events generated by the sub-device. Depending on the driver, those
303         events can also be reported by one (or several) V4L2 device nodes.
304
305         Sub-device drivers that want to use events need to set the
306         V4L2_SUBDEV_USES_EVENTS v4l2_subdev::flags and initialize
307         v4l2_subdev::nevents to events queue depth before registering the
308         sub-device. After registration events can be queued as usual on the
309         v4l2_subdev::devnode device node.
310
311         To properly support events, the poll() file operation is also
312         implemented.
313
314 Private ioctls
315
316         All ioctls not in the above list are passed directly to the sub-device
317         driver through the core::ioctl operation.
318
319
320 I2C sub-device drivers
321 ----------------------
322
323 Since these drivers are so common, special helper functions are available to
324 ease the use of these drivers (v4l2-common.h).
325
326 The recommended method of adding v4l2_subdev support to an I2C driver is to
327 embed the v4l2_subdev struct into the state struct that is created for each
328 I2C device instance. Very simple devices have no state struct and in that case
329 you can just create a v4l2_subdev directly.
330
331 A typical state struct would look like this (where 'chipname' is replaced by
332 the name of the chip):
333
334 .. code-block:: none
335
336         struct chipname_state {
337                 struct v4l2_subdev sd;
338                 ...  /* additional state fields */
339         };
340
341 Initialize the v4l2_subdev struct as follows:
342
343 .. code-block:: none
344
345         v4l2_i2c_subdev_init(&state->sd, client, subdev_ops);
346
347 This function will fill in all the fields of v4l2_subdev and ensure that the
348 v4l2_subdev and i2c_client both point to one another.
349
350 You should also add a helper inline function to go from a v4l2_subdev pointer
351 to a chipname_state struct:
352
353 .. code-block:: none
354
355         static inline struct chipname_state *to_state(struct v4l2_subdev *sd)
356         {
357                 return container_of(sd, struct chipname_state, sd);
358         }
359
360 Use this to go from the v4l2_subdev struct to the i2c_client struct:
361
362 .. code-block:: none
363
364         struct i2c_client *client = v4l2_get_subdevdata(sd);
365
366 And this to go from an i2c_client to a v4l2_subdev struct:
367
368 .. code-block:: none
369
370         struct v4l2_subdev *sd = i2c_get_clientdata(client);
371
372 Make sure to call v4l2_device_unregister_subdev(sd) when the remove() callback
373 is called. This will unregister the sub-device from the bridge driver. It is
374 safe to call this even if the sub-device was never registered.
375
376 You need to do this because when the bridge driver destroys the i2c adapter
377 the remove() callbacks are called of the i2c devices on that adapter.
378 After that the corresponding v4l2_subdev structures are invalid, so they
379 have to be unregistered first. Calling v4l2_device_unregister_subdev(sd)
380 from the remove() callback ensures that this is always done correctly.
381
382
383 The bridge driver also has some helper functions it can use:
384
385 .. code-block:: none
386
387         struct v4l2_subdev *sd = v4l2_i2c_new_subdev(v4l2_dev, adapter,
388                                         "module_foo", "chipid", 0x36, NULL);
389
390 This loads the given module (can be NULL if no module needs to be loaded) and
391 calls i2c_new_device() with the given i2c_adapter and chip/address arguments.
392 If all goes well, then it registers the subdev with the v4l2_device.
393
394 You can also use the last argument of v4l2_i2c_new_subdev() to pass an array
395 of possible I2C addresses that it should probe. These probe addresses are
396 only used if the previous argument is 0. A non-zero argument means that you
397 know the exact i2c address so in that case no probing will take place.
398
399 Both functions return NULL if something went wrong.
400
401 Note that the chipid you pass to v4l2_i2c_new_subdev() is usually
402 the same as the module name. It allows you to specify a chip variant, e.g.
403 "saa7114" or "saa7115". In general though the i2c driver autodetects this.
404 The use of chipid is something that needs to be looked at more closely at a
405 later date. It differs between i2c drivers and as such can be confusing.
406 To see which chip variants are supported you can look in the i2c driver code
407 for the i2c_device_id table. This lists all the possibilities.
408
409 There are two more helper functions:
410
411 v4l2_i2c_new_subdev_cfg: this function adds new irq and platform_data
412 arguments and has both 'addr' and 'probed_addrs' arguments: if addr is not
413 0 then that will be used (non-probing variant), otherwise the probed_addrs
414 are probed.
415
416 For example: this will probe for address 0x10:
417
418 .. code-block:: none
419
420         struct v4l2_subdev *sd = v4l2_i2c_new_subdev_cfg(v4l2_dev, adapter,
421                           "module_foo", "chipid", 0, NULL, 0, I2C_ADDRS(0x10));
422
423 v4l2_i2c_new_subdev_board uses an i2c_board_info struct which is passed
424 to the i2c driver and replaces the irq, platform_data and addr arguments.
425
426 If the subdev supports the s_config core ops, then that op is called with
427 the irq and platform_data arguments after the subdev was setup. The older
428 v4l2_i2c_new_(probed\_)subdev functions will call s_config as well, but with
429 irq set to 0 and platform_data set to NULL.
430
431 V4L2 subdev kAPI
432 ^^^^^^^^^^^^^^^^
433
434 .. kernel-doc:: include/media/v4l2-subdev.h
435
436 V4L2 subdev async kAPI
437 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
438
439 .. kernel-doc:: include/media/v4l2-async.h