i2c: core: Add support for 'i2c-bus' subnode
[cascardo/linux.git] / Documentation / DocBook / media / v4l / dev-subdev.xml
1   <title>Sub-device Interface</title>
2
3   <para>The complex nature of V4L2 devices, where hardware is often made of
4   several integrated circuits that need to interact with each other in a
5   controlled way, leads to complex V4L2 drivers. The drivers usually reflect
6   the hardware model in software, and model the different hardware components
7   as software blocks called sub-devices.</para>
8
9   <para>V4L2 sub-devices are usually kernel-only objects. If the V4L2 driver
10   implements the media device API, they will automatically inherit from media
11   entities. Applications will be able to enumerate the sub-devices and discover
12   the hardware topology using the media entities, pads and links enumeration
13   API.</para>
14
15   <para>In addition to make sub-devices discoverable, drivers can also choose
16   to make them directly configurable by applications. When both the sub-device
17   driver and the V4L2 device driver support this, sub-devices will feature a
18   character device node on which ioctls can be called to
19   <itemizedlist>
20     <listitem><para>query, read and write sub-devices controls</para></listitem>
21     <listitem><para>subscribe and unsubscribe to events and retrieve them</para></listitem>
22     <listitem><para>negotiate image formats on individual pads</para></listitem>
23   </itemizedlist>
24   </para>
25
26   <para>Sub-device character device nodes, conventionally named
27   <filename>/dev/v4l-subdev*</filename>, use major number 81.</para>
28
29   <section>
30     <title>Controls</title>
31     <para>Most V4L2 controls are implemented by sub-device hardware. Drivers
32     usually merge all controls and expose them through video device nodes.
33     Applications can control all sub-devices through a single interface.</para>
34
35     <para>Complex devices sometimes implement the same control in different
36     pieces of hardware. This situation is common in embedded platforms, where
37     both sensors and image processing hardware implement identical functions,
38     such as contrast adjustment, white balance or faulty pixels correction. As
39     the V4L2 controls API doesn't support several identical controls in a single
40     device, all but one of the identical controls are hidden.</para>
41
42     <para>Applications can access those hidden controls through the sub-device
43     node with the V4L2 control API described in <xref linkend="control" />. The
44     ioctls behave identically as when issued on V4L2 device nodes, with the
45     exception that they deal only with controls implemented in the sub-device.
46     </para>
47
48     <para>Depending on the driver, those controls might also be exposed through
49     one (or several) V4L2 device nodes.</para>
50   </section>
51
52   <section>
53     <title>Events</title>
54     <para>V4L2 sub-devices can notify applications of events as described in
55     <xref linkend="event" />. The API behaves identically as when used on V4L2
56     device nodes, with the exception that it only deals with events generated by
57     the sub-device. Depending on the driver, those events might also be reported
58     on one (or several) V4L2 device nodes.</para>
59   </section>
60
61   <section id="pad-level-formats">
62     <title>Pad-level Formats</title>
63
64     <warning><para>Pad-level formats are only applicable to very complex device that
65     need to expose low-level format configuration to user space. Generic V4L2
66     applications do <emphasis>not</emphasis> need to use the API described in
67     this section.</para></warning>
68
69     <note><para>For the purpose of this section, the term
70     <wordasword>format</wordasword> means the combination of media bus data
71     format, frame width and frame height.</para></note>
72
73     <para>Image formats are typically negotiated on video capture and
74     output devices using the format and <link
75     linkend="vidioc-subdev-g-selection">selection</link> ioctls. The
76     driver is responsible for configuring every block in the video
77     pipeline according to the requested format at the pipeline input
78     and/or output.</para>
79
80     <para>For complex devices, such as often found in embedded systems,
81     identical image sizes at the output of a pipeline can be achieved using
82     different hardware configurations. One such example is shown on
83     <xref linkend="pipeline-scaling" />, where
84     image scaling can be performed on both the video sensor and the host image
85     processing hardware.</para>
86
87     <figure id="pipeline-scaling">
88       <title>Image Format Negotiation on Pipelines</title>
89       <mediaobject>
90         <imageobject>
91           <imagedata fileref="pipeline.pdf" format="PS" />
92         </imageobject>
93         <imageobject>
94           <imagedata fileref="pipeline.png" format="PNG" />
95         </imageobject>
96         <textobject>
97           <phrase>High quality and high speed pipeline configuration</phrase>
98         </textobject>
99       </mediaobject>
100     </figure>
101
102     <para>The sensor scaler is usually of less quality than the host scaler, but
103     scaling on the sensor is required to achieve higher frame rates. Depending
104     on the use case (quality vs. speed), the pipeline must be configured
105     differently. Applications need to configure the formats at every point in
106     the pipeline explicitly.</para>
107
108     <para>Drivers that implement the <link linkend="media-controller-intro">media
109     API</link> can expose pad-level image format configuration to applications.
110     When they do, applications can use the &VIDIOC-SUBDEV-G-FMT; and
111     &VIDIOC-SUBDEV-S-FMT; ioctls. to negotiate formats on a per-pad basis.</para>
112
113     <para>Applications are responsible for configuring coherent parameters on
114     the whole pipeline and making sure that connected pads have compatible
115     formats. The pipeline is checked for formats mismatch at &VIDIOC-STREAMON;
116     time, and an &EPIPE; is then returned if the configuration is
117     invalid.</para>
118
119     <para>Pad-level image format configuration support can be tested by calling
120     the &VIDIOC-SUBDEV-G-FMT; ioctl on pad 0. If the driver returns an &EINVAL;
121     pad-level format configuration is not supported by the sub-device.</para>
122
123     <section>
124       <title>Format Negotiation</title>
125
126       <para>Acceptable formats on pads can (and usually do) depend on a number
127       of external parameters, such as formats on other pads, active links, or
128       even controls. Finding a combination of formats on all pads in a video
129       pipeline, acceptable to both application and driver, can't rely on formats
130       enumeration only. A format negotiation mechanism is required.</para>
131
132       <para>Central to the format negotiation mechanism are the get/set format
133       operations. When called with the <structfield>which</structfield> argument
134       set to <constant>V4L2_SUBDEV_FORMAT_TRY</constant>, the
135       &VIDIOC-SUBDEV-G-FMT; and &VIDIOC-SUBDEV-S-FMT; ioctls operate on a set of
136       formats parameters that are not connected to the hardware configuration.
137       Modifying those 'try' formats leaves the device state untouched (this
138       applies to both the software state stored in the driver and the hardware
139       state stored in the device itself).</para>
140
141       <para>While not kept as part of the device state, try formats are stored
142       in the sub-device file handles. A &VIDIOC-SUBDEV-G-FMT; call will return
143       the last try format set <emphasis>on the same sub-device file
144       handle</emphasis>. Several applications querying the same sub-device at
145       the same time will thus not interact with each other.</para>
146
147       <para>To find out whether a particular format is supported by the device,
148       applications use the &VIDIOC-SUBDEV-S-FMT; ioctl. Drivers verify and, if
149       needed, change the requested <structfield>format</structfield> based on
150       device requirements and return the possibly modified value. Applications
151       can then choose to try a different format or accept the returned value and
152       continue.</para>
153
154       <para>Formats returned by the driver during a negotiation iteration are
155       guaranteed to be supported by the device. In particular, drivers guarantee
156       that a returned format will not be further changed if passed to an
157       &VIDIOC-SUBDEV-S-FMT; call as-is (as long as external parameters, such as
158       formats on other pads or links' configuration are not changed).</para>
159
160       <para>Drivers automatically propagate formats inside sub-devices. When a
161       try or active format is set on a pad, corresponding formats on other pads
162       of the same sub-device can be modified by the driver. Drivers are free to
163       modify formats as required by the device. However, they should comply with
164       the following rules when possible:
165       <itemizedlist>
166         <listitem><para>Formats should be propagated from sink pads to source pads.
167         Modifying a format on a source pad should not modify the format on any
168         sink pad.</para></listitem>
169         <listitem><para>Sub-devices that scale frames using variable scaling factors
170         should reset the scale factors to default values when sink pads formats
171         are modified. If the 1:1 scaling ratio is supported, this means that
172         source pads formats should be reset to the sink pads formats.</para></listitem>
173       </itemizedlist>
174       </para>
175
176       <para>Formats are not propagated across links, as that would involve
177       propagating them from one sub-device file handle to another. Applications
178       must then take care to configure both ends of every link explicitly with
179       compatible formats. Identical formats on the two ends of a link are
180       guaranteed to be compatible. Drivers are free to accept different formats
181       matching device requirements as being compatible.</para>
182
183       <para><xref linkend="sample-pipeline-config" />
184       shows a sample configuration sequence for the pipeline described in
185       <xref linkend="pipeline-scaling" /> (table
186       columns list entity names and pad numbers).</para>
187
188       <table pgwide="0" frame="none" id="sample-pipeline-config">
189         <title>Sample Pipeline Configuration</title>
190         <tgroup cols="3">
191           <colspec colname="what"/>
192           <colspec colname="sensor-0 format" />
193           <colspec colname="frontend-0 format" />
194           <colspec colname="frontend-1 format" />
195           <colspec colname="scaler-0 format" />
196           <colspec colname="scaler-0 compose" />
197           <colspec colname="scaler-1 format" />
198           <thead>
199             <row>
200               <entry></entry>
201               <entry>Sensor/0 format</entry>
202               <entry>Frontend/0 format</entry>
203               <entry>Frontend/1 format</entry>
204               <entry>Scaler/0 format</entry>
205               <entry>Scaler/0 compose selection rectangle</entry>
206               <entry>Scaler/1 format</entry>
207             </row>
208           </thead>
209           <tbody valign="top">
210             <row>
211               <entry>Initial state</entry>
212               <entry>2048x1536/SGRBG8_1X8</entry>
213               <entry>(default)</entry>
214               <entry>(default)</entry>
215               <entry>(default)</entry>
216               <entry>(default)</entry>
217               <entry>(default)</entry>
218             </row>
219             <row>
220               <entry>Configure frontend sink format</entry>
221               <entry>2048x1536/SGRBG8_1X8</entry>
222               <entry><emphasis>2048x1536/SGRBG8_1X8</emphasis></entry>
223               <entry><emphasis>2046x1534/SGRBG8_1X8</emphasis></entry>
224               <entry>(default)</entry>
225               <entry>(default)</entry>
226               <entry>(default)</entry>
227             </row>
228             <row>
229               <entry>Configure scaler sink format</entry>
230               <entry>2048x1536/SGRBG8_1X8</entry>
231               <entry>2048x1536/SGRBG8_1X8</entry>
232               <entry>2046x1534/SGRBG8_1X8</entry>
233               <entry><emphasis>2046x1534/SGRBG8_1X8</emphasis></entry>
234               <entry><emphasis>0,0/2046x1534</emphasis></entry>
235               <entry><emphasis>2046x1534/SGRBG8_1X8</emphasis></entry>
236             </row>
237             <row>
238               <entry>Configure scaler sink compose selection</entry>
239               <entry>2048x1536/SGRBG8_1X8</entry>
240               <entry>2048x1536/SGRBG8_1X8</entry>
241               <entry>2046x1534/SGRBG8_1X8</entry>
242               <entry>2046x1534/SGRBG8_1X8</entry>
243               <entry><emphasis>0,0/1280x960</emphasis></entry>
244               <entry><emphasis>1280x960/SGRBG8_1X8</emphasis></entry>
245             </row>
246           </tbody>
247         </tgroup>
248       </table>
249
250       <para>
251       <orderedlist>
252         <listitem><para>Initial state. The sensor source pad format is
253         set to its native 3MP size and V4L2_MBUS_FMT_SGRBG8_1X8
254         media bus code. Formats on the host frontend and scaler sink
255         and source pads have the default values, as well as the
256         compose rectangle on the scaler's sink pad.</para></listitem>
257
258         <listitem><para>The application configures the frontend sink
259         pad format's size to 2048x1536 and its media bus code to
260         V4L2_MBUS_FMT_SGRBG_1X8. The driver propagates the format to
261         the frontend source pad.</para></listitem>
262
263         <listitem><para>The application configures the scaler sink pad
264         format's size to 2046x1534 and the media bus code to
265         V4L2_MBUS_FMT_SGRBG_1X8 to match the frontend source size and
266         media bus code. The media bus code on the sink pad is set to
267         V4L2_MBUS_FMT_SGRBG_1X8. The driver propagates the size to the
268         compose selection rectangle on the scaler's sink pad, and the
269         format to the scaler source pad.</para></listitem>
270
271         <listitem><para>The application configures the size of the compose
272         selection rectangle of the scaler's sink pad 1280x960. The driver
273         propagates the size to the scaler's source pad
274         format.</para></listitem>
275
276       </orderedlist>
277       </para>
278
279       <para>When satisfied with the try results, applications can set the active
280       formats by setting the <structfield>which</structfield> argument to
281       <constant>V4L2_SUBDEV_FORMAT_ACTIVE</constant>. Active formats are changed
282       exactly as try formats by drivers. To avoid modifying the hardware state
283       during format negotiation, applications should negotiate try formats first
284       and then modify the active settings using the try formats returned during
285       the last negotiation iteration. This guarantees that the active format
286       will be applied as-is by the driver without being modified.
287       </para>
288     </section>
289
290     <section id="v4l2-subdev-selections">
291       <title>Selections: cropping, scaling and composition</title>
292
293       <para>Many sub-devices support cropping frames on their input or output
294       pads (or possible even on both). Cropping is used to select the area of
295       interest in an image, typically on an image sensor or a video decoder. It can
296       also be used as part of digital zoom implementations to select the area of
297       the image that will be scaled up.</para>
298
299       <para>Crop settings are defined by a crop rectangle and represented in a
300       &v4l2-rect; by the coordinates of the top left corner and the rectangle
301       size. Both the coordinates and sizes are expressed in pixels.</para>
302
303       <para>As for pad formats, drivers store try and active
304       rectangles for the selection targets <xref
305       linkend="v4l2-selections-common" />.</para>
306
307       <para>On sink pads, cropping is applied relative to the
308       current pad format. The pad format represents the image size as
309       received by the sub-device from the previous block in the
310       pipeline, and the crop rectangle represents the sub-image that
311       will be transmitted further inside the sub-device for
312       processing.</para>
313
314       <para>The scaling operation changes the size of the image by
315       scaling it to new dimensions. The scaling ratio isn't specified
316       explicitly, but is implied from the original and scaled image
317       sizes. Both sizes are represented by &v4l2-rect;.</para>
318
319       <para>Scaling support is optional. When supported by a subdev,
320       the crop rectangle on the subdev's sink pad is scaled to the
321       size configured using the &VIDIOC-SUBDEV-S-SELECTION; IOCTL
322       using <constant>V4L2_SEL_TGT_COMPOSE</constant>
323       selection target on the same pad. If the subdev supports scaling
324       but not composing, the top and left values are not used and must
325       always be set to zero.</para>
326
327       <para>On source pads, cropping is similar to sink pads, with the
328       exception that the source size from which the cropping is
329       performed, is the COMPOSE rectangle on the sink pad. In both
330       sink and source pads, the crop rectangle must be entirely
331       contained inside the source image size for the crop
332       operation.</para>
333
334       <para>The drivers should always use the closest possible
335       rectangle the user requests on all selection targets, unless
336       specifically told otherwise.
337       <constant>V4L2_SEL_FLAG_GE</constant> and
338       <constant>V4L2_SEL_FLAG_LE</constant> flags may be
339       used to round the image size either up or down. <xref
340       linkend="v4l2-selection-flags" /></para>
341     </section>
342
343     <section>
344       <title>Types of selection targets</title>
345
346       <section>
347         <title>Actual targets</title>
348
349         <para>Actual targets (without a postfix) reflect the actual
350         hardware configuration at any point of time. There is a BOUNDS
351         target corresponding to every actual target.</para>
352       </section>
353
354       <section>
355         <title>BOUNDS targets</title>
356
357         <para>BOUNDS targets is the smallest rectangle that contains all
358         valid actual rectangles. It may not be possible to set the actual
359         rectangle as large as the BOUNDS rectangle, however. This may be
360         because e.g. a sensor's pixel array is not rectangular but
361         cross-shaped or round. The maximum size may also be smaller than the
362         BOUNDS rectangle.</para>
363       </section>
364
365     </section>
366
367     <section>
368       <title>Order of configuration and format propagation</title>
369
370       <para>Inside subdevs, the order of image processing steps will
371       always be from the sink pad towards the source pad. This is also
372       reflected in the order in which the configuration must be
373       performed by the user: the changes made will be propagated to
374       any subsequent stages. If this behaviour is not desired, the
375       user must set
376       <constant>V4L2_SEL_FLAG_KEEP_CONFIG</constant> flag. This
377       flag causes no propagation of the changes are allowed in any
378       circumstances. This may also cause the accessed rectangle to be
379       adjusted by the driver, depending on the properties of the
380       underlying hardware.</para>
381
382       <para>The coordinates to a step always refer to the actual size
383       of the previous step. The exception to this rule is the source
384       compose rectangle, which refers to the sink compose bounds
385       rectangle --- if it is supported by the hardware.</para>
386
387       <orderedlist>
388         <listitem><para>Sink pad format. The user configures the sink pad
389         format. This format defines the parameters of the image the
390         entity receives through the pad for further processing.</para></listitem>
391
392         <listitem><para>Sink pad actual crop selection. The sink pad crop
393         defines the crop performed to the sink pad format.</para></listitem>
394
395         <listitem><para>Sink pad actual compose selection. The size of the
396         sink pad compose rectangle defines the scaling ratio compared
397         to the size of the sink pad crop rectangle. The location of
398         the compose rectangle specifies the location of the actual
399         sink compose rectangle in the sink compose bounds
400         rectangle.</para></listitem>
401
402         <listitem><para>Source pad actual crop selection. Crop on the source
403         pad defines crop performed to the image in the sink compose
404         bounds rectangle.</para></listitem>
405
406         <listitem><para>Source pad format. The source pad format defines the
407         output pixel format of the subdev, as well as the other
408         parameters with the exception of the image width and height.
409         Width and height are defined by the size of the source pad
410         actual crop selection.</para></listitem>
411       </orderedlist>
412
413       <para>Accessing any of the above rectangles not supported by the
414       subdev will return <constant>EINVAL</constant>. Any rectangle
415       referring to a previous unsupported rectangle coordinates will
416       instead refer to the previous supported rectangle. For example,
417       if sink crop is not supported, the compose selection will refer
418       to the sink pad format dimensions instead.</para>
419
420       <figure id="subdev-image-processing-crop">
421         <title>Image processing in subdevs: simple crop example</title>
422         <mediaobject>
423           <imageobject>
424             <imagedata fileref="subdev-image-processing-crop.svg"
425             format="SVG" scale="200" />
426           </imageobject>
427         </mediaobject>
428       </figure>
429
430       <para>In the above example, the subdev supports cropping on its
431       sink pad. To configure it, the user sets the media bus format on
432       the subdev's sink pad. Now the actual crop rectangle can be set
433       on the sink pad --- the location and size of this rectangle
434       reflect the location and size of a rectangle to be cropped from
435       the sink format. The size of the sink crop rectangle will also
436       be the size of the format of the subdev's source pad.</para>
437
438       <figure id="subdev-image-processing-scaling-multi-source">
439         <title>Image processing in subdevs: scaling with multiple sources</title>
440         <mediaobject>
441           <imageobject>
442             <imagedata fileref="subdev-image-processing-scaling-multi-source.svg"
443             format="SVG" scale="200" />
444           </imageobject>
445         </mediaobject>
446       </figure>
447
448       <para>In this example, the subdev is capable of first cropping,
449       then scaling and finally cropping for two source pads
450       individually from the resulting scaled image. The location of
451       the scaled image in the cropped image is ignored in sink compose
452       target. Both of the locations of the source crop rectangles
453       refer to the sink scaling rectangle, independently cropping an
454       area at location specified by the source crop rectangle from
455       it.</para>
456
457       <figure id="subdev-image-processing-full">
458         <title>Image processing in subdevs: scaling and composition
459         with multiple sinks and sources</title>
460         <mediaobject>
461           <imageobject>
462             <imagedata fileref="subdev-image-processing-full.svg"
463             format="SVG" scale="200" />
464           </imageobject>
465         </mediaobject>
466       </figure>
467
468       <para>The subdev driver supports two sink pads and two source
469       pads. The images from both of the sink pads are individually
470       cropped, then scaled and further composed on the composition
471       bounds rectangle. From that, two independent streams are cropped
472       and sent out of the subdev from the source pads.</para>
473
474     </section>
475
476   </section>
477
478   &sub-subdev-formats;