Documentation/driver-api/media/mc-core.rst

   1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2
   3 Media Controller devices
   4 ------------------------
   5
   6 Media Controller
   7 ~~~~~~~~~~~~~~~~
   8
   9 The media controller userspace API is documented in
  10 :ref:`the Media Controller uAPI book <media_controller>`. This document focus
  11 on the kernel-side implementation of the media framework.
  12
  13 Abstract media device model
  14 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
  15
  16 Discovering a device internal topology, and configuring it at runtime, is one
  17 of the goals of the media framework. To achieve this, hardware devices are
  18 modelled as an oriented graph of building blocks called entities connected
  19 through pads.
  20
  21 An entity is a basic media hardware building block. It can correspond to
  22 a large variety of logical blocks such as physical hardware devices
  23 (CMOS sensor for instance), logical hardware devices (a building block
  24 in a System-on-Chip image processing pipeline), DMA channels or physical
  25 connectors.
  26
  27 A pad is a connection endpoint through which an entity can interact with
  28 other entities. Data (not restricted to video) produced by an entity
  29 flows from the entity's output to one or more entity inputs. Pads should
  30 not be confused with physical pins at chip boundaries.
  31
  32 A link is a point-to-point oriented connection between two pads, either
  33 on the same entity or on different entities. Data flows from a source
  34 pad to a sink pad.
  35
  36 Media device
  37 ^^^^^^^^^^^^
  38
  39 A media device is represented by a struct media_device
  40 instance, defined in ``include/media/media-device.h``.
  41 Allocation of the structure is handled by the media device driver, usually by
  42 embedding the :c:type:`media_device` instance in a larger driver-specific
  43 structure.
  44
  45 Drivers initialise media device instances by calling
  46 :c:func:`media_device_init()`. After initialising a media device instance, it is
  47 registered by calling :c:func:`__media_device_register()` via the macro
  48 ``media_device_register()`` and unregistered by calling
  49 :c:func:`media_device_unregister()`. An initialised media device must be
  50 eventually cleaned up by calling :c:func:`media_device_cleanup()`.
  51
  52 Note that it is not allowed to unregister a media device instance that was not
  53 previously registered, or clean up a media device instance that was not
  54 previously initialised.
  55
  56 Entities
  57 ^^^^^^^^
  58
  59 Entities are represented by a struct media_entity
  60 instance, defined in ``include/media/media-entity.h``. The structure is usually
  61 embedded into a higher-level structure, such as
  62 :c:type:`v4l2_subdev` or :c:type:`video_device`
  63 instances, although drivers can allocate entities directly.
  64
  65 Drivers initialize entity pads by calling
  66 :c:func:`media_entity_pads_init()`.
  67
  68 Drivers register entities with a media device by calling
  69 :c:func:`media_device_register_entity()`
  70 and unregistered by calling
  71 :c:func:`media_device_unregister_entity()`.
  72
  73 Interfaces
  74 ^^^^^^^^^^
  75
  76 Interfaces are represented by a
  77 struct media_interface instance, defined in
  78 ``include/media/media-entity.h``. Currently, only one type of interface is
  79 defined: a device node. Such interfaces are represented by a
  80 struct media_intf_devnode.
  81
  82 Drivers initialize and create device node interfaces by calling
  83 :c:func:`media_devnode_create()`
  84 and remove them by calling:
  85 :c:func:`media_devnode_remove()`.
  86
  87 Pads
  88 ^^^^
  89 Pads are represented by a struct media_pad instance,
  90 defined in ``include/media/media-entity.h``. Each entity stores its pads in
  91 a pads array managed by the entity driver. Drivers usually embed the array in
  92 a driver-specific structure.
  93
  94 Pads are identified by their entity and their 0-based index in the pads
  95 array.
  96
  97 Both information are stored in the struct media_pad,
  98 making the struct media_pad pointer the canonical way
  99 to store and pass link references.
 100
 101 Pads have flags that describe the pad capabilities and state.
 102
 103 ``MEDIA_PAD_FL_SINK`` indicates that the pad supports sinking data.
 104 ``MEDIA_PAD_FL_SOURCE`` indicates that the pad supports sourcing data.
 105
 106 .. note::
 107
 108   One and only one of ``MEDIA_PAD_FL_SINK`` or ``MEDIA_PAD_FL_SOURCE`` must
 109   be set for each pad.
 110
 111 Links
 112 ^^^^^
 113
 114 Links are represented by a struct media_link instance,
 115 defined in ``include/media/media-entity.h``. There are two types of links:
 116
 117 **1. pad to pad links**:
 118
 119 Associate two entities via their PADs. Each entity has a list that points
 120 to all links originating at or targeting any of its pads.
 121 A given link is thus stored twice, once in the source entity and once in
 122 the target entity.
 123
 124 Drivers create pad to pad links by calling:
 125 :c:func:`media_create_pad_link()` and remove with
 126 :c:func:`media_entity_remove_links()`.
 127
 128 **2. interface to entity links**:
 129
 130 Associate one interface to a Link.
 131
 132 Drivers create interface to entity links by calling:
 133 :c:func:`media_create_intf_link()` and remove with
 134 :c:func:`media_remove_intf_links()`.
 135
 136 .. note::
 137
 138    Links can only be created after having both ends already created.
 139
 140 Links have flags that describe the link capabilities and state. The
 141 valid values are described at :c:func:`media_create_pad_link()` and
 142 :c:func:`media_create_intf_link()`.
 143
 144 Graph traversal
 145 ^^^^^^^^^^^^^^^
 146
 147 The media framework provides APIs to iterate over entities in a graph.
 148
 149 To iterate over all entities belonging to a media device, drivers can use
 150 the media_device_for_each_entity macro, defined in
 151 ``include/media/media-device.h``.
 152
 153 ..  code-block:: c
 154
 155     struct media_entity *entity;
 156
 157     media_device_for_each_entity(entity, mdev) {
 158     // entity will point to each entity in turn
 159     ...
 160     }
 161
 162 Drivers might also need to iterate over all entities in a graph that can be
 163 reached only through enabled links starting at a given entity. The media
 164 framework provides a depth-first graph traversal API for that purpose.
 165
 166 .. note::
 167
 168    Graphs with cycles (whether directed or undirected) are **NOT**
 169    supported by the graph traversal API. To prevent infinite loops, the graph
 170    traversal code limits the maximum depth to ``MEDIA_ENTITY_ENUM_MAX_DEPTH``,
 171    currently defined as 16.
 172
 173 Drivers initiate a graph traversal by calling
 174 :c:func:`media_graph_walk_start()`
 175
 176 The graph structure, provided by the caller, is initialized to start graph
 177 traversal at the given entity.
 178
 179 Drivers can then retrieve the next entity by calling
 180 :c:func:`media_graph_walk_next()`
 181
 182 When the graph traversal is complete the function will return ``NULL``.
 183
 184 Graph traversal can be interrupted at any moment. No cleanup function call
 185 is required and the graph structure can be freed normally.
 186
 187 Helper functions can be used to find a link between two given pads, or a pad
 188 connected to another pad through an enabled link
 189 (:c:func:`media_entity_find_link()`, :c:func:`media_pad_remote_pad_first()`,
 190 :c:func:`media_entity_remote_source_pad_unique()` and
 191 :c:func:`media_pad_remote_pad_unique()`).
 192
 193 Use count and power handling
 194 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 195
 196 Due to the wide differences between drivers regarding power management
 197 needs, the media controller does not implement power management. However,
 198 the struct media_entity includes a ``use_count``
 199 field that media drivers
 200 can use to track the number of users of every entity for power management
 201 needs.
 202
 203 The :c:type:`media_entity<media_entity>`.\ ``use_count`` field is owned by
 204 media drivers and must not be
 205 touched by entity drivers. Access to the field must be protected by the
 206 :c:type:`media_device`.\ ``graph_mutex`` lock.
 207
 208 Links setup
 209 ^^^^^^^^^^^
 210
 211 Link properties can be modified at runtime by calling
 212 :c:func:`media_entity_setup_link()`.
 213
 214 Pipelines and media streams
 215 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 216
 217 A media stream is a stream of pixels or metadata originating from one or more
 218 source devices (such as a sensors) and flowing through media entity pads
 219 towards the final sinks. The stream can be modified on the route by the
 220 devices (e.g. scaling or pixel format conversions), or it can be split into
 221 multiple branches, or multiple branches can be merged.
 222
 223 A media pipeline is a set of media streams which are interdependent. This
 224 interdependency can be caused by the hardware (e.g. configuration of a second
 225 stream cannot be changed if the first stream has been enabled) or by the driver
 226 due to the software design. Most commonly a media pipeline consists of a single
 227 stream which does not branch.
 228
 229 When starting streaming, drivers must notify all entities in the pipeline to
 230 prevent link states from being modified during streaming by calling
 231 :c:func:`media_pipeline_start()`.
 232
 233 The function will mark all the pads which are part of the pipeline as streaming.
 234
 235 The struct media_pipeline instance pointed to by the pipe argument will be
 236 stored in every pad in the pipeline. Drivers should embed the struct
 237 media_pipeline in higher-level pipeline structures and can then access the
 238 pipeline through the struct media_pad pipe field.
 239
 240 Calls to :c:func:`media_pipeline_start()` can be nested.
 241 The pipeline pointer must be identical for all nested calls to the function.
 242
 243 :c:func:`media_pipeline_start()` may return an error. In that case,
 244 it will clean up any of the changes it did by itself.
 245
 246 When stopping the stream, drivers must notify the entities with
 247 :c:func:`media_pipeline_stop()`.
 248
 249 If multiple calls to :c:func:`media_pipeline_start()` have been
 250 made the same number of :c:func:`media_pipeline_stop()` calls
 251 are required to stop streaming.
 252 The :c:type:`media_entity`.\ ``pipe`` field is reset to ``NULL`` on the last
 253 nested stop call.
 254
 255 Link configuration will fail with ``-EBUSY`` by default if either end of the
 256 link is a streaming entity. Links that can be modified while streaming must
 257 be marked with the ``MEDIA_LNK_FL_DYNAMIC`` flag.
 258
 259 If other operations need to be disallowed on streaming entities (such as
 260 changing entities configuration parameters) drivers can explicitly check the
 261 media_entity stream_count field to find out if an entity is streaming. This
 262 operation must be done with the media_device graph_mutex held.
 263
 264 Link validation
 265 ^^^^^^^^^^^^^^^
 266
 267 Link validation is performed by :c:func:`media_pipeline_start()`
 268 for any entity which has sink pads in the pipeline. The
 269 :c:type:`media_entity`.\ ``link_validate()`` callback is used for that
 270 purpose. In ``link_validate()`` callback, entity driver should check
 271 that the properties of the source pad of the connected entity and its own
 272 sink pad match. It is up to the type of the entity (and in the end, the
 273 properties of the hardware) what matching actually means.
 274
 275 Subsystems should facilitate link validation by providing subsystem specific
 276 helper functions to provide easy access for commonly needed information, and
 277 in the end provide a way to use driver-specific callbacks.
 278
 279 Media Controller Device Allocator API
 280 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 281
 282 When the media device belongs to more than one driver, the shared media
 283 device is allocated with the shared struct device as the key for look ups.
 284
 285 The shared media device should stay in registered state until the last
 286 driver unregisters it. In addition, the media device should be released when
 287 all the references are released. Each driver gets a reference to the media
 288 device during probe, when it allocates the media device. If media device is
 289 already allocated, the allocate API bumps up the refcount and returns the
 290 existing media device. The driver puts the reference back in its disconnect
 291 routine when it calls :c:func:`media_device_delete()`.
 292
 293 The media device is unregistered and cleaned up from the kref put handler to
 294 ensure that the media device stays in registered state until the last driver
 295 unregisters the media device.
 296
 297 **Driver Usage**
 298
 299 Drivers should use the appropriate media-core routines to manage the shared
 300 media device life-time handling the two states:
 301 1. allocate -> register -> delete
 302 2. get reference to already registered device -> delete
 303
 304 call :c:func:`media_device_delete()` routine to make sure the shared media
 305 device delete is handled correctly.
 306
 307 **driver probe:**
 308 Call :c:func:`media_device_usb_allocate()` to allocate or get a reference
 309 Call :c:func:`media_device_register()`, if media devnode isn't registered
 310
 311 **driver disconnect:**
 312 Call :c:func:`media_device_delete()` to free the media_device. Freeing is
 313 handled by the kref put handler.
 314
 315 API Definitions
 316 ^^^^^^^^^^^^^^^
 317
 318 .. kernel-doc:: include/media/media-device.h
 319
 320 .. kernel-doc:: include/media/media-devnode.h
 321
 322 .. kernel-doc:: include/media/media-entity.h
 323
 324 .. kernel-doc:: include/media/media-request.h
 325
 326 .. kernel-doc:: include/media/media-dev-allocator.h