Merge branch 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/teigland/dlm
[linux-2.6] / Documentation / DocBook / videobook.tmpl
1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
2 <!DOCTYPE book PUBLIC "-//OASIS//DTD DocBook XML V4.1.2//EN"
3         "http://www.oasis-open.org/docbook/xml/4.1.2/docbookx.dtd" []>
4
5 <book id="V4LGuide">
6  <bookinfo>
7   <title>Video4Linux Programming</title>
8   
9   <authorgroup>
10    <author>
11     <firstname>Alan</firstname>
12     <surname>Cox</surname>
13     <affiliation>
14      <address>
15       <email>alan@redhat.com</email>
16      </address>
17     </affiliation>
18    </author>
19   </authorgroup>
20
21   <copyright>
22    <year>2000</year>
23    <holder>Alan Cox</holder>
24   </copyright>
25
26   <legalnotice>
27    <para>
28      This documentation is free software; you can redistribute
29      it and/or modify it under the terms of the GNU General Public
30      License as published by the Free Software Foundation; either
31      version 2 of the License, or (at your option) any later
32      version.
33    </para>
34       
35    <para>
36      This program is distributed in the hope that it will be
37      useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied
38      warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
39      See the GNU General Public License for more details.
40    </para>
41       
42    <para>
43      You should have received a copy of the GNU General Public
44      License along with this program; if not, write to the Free
45      Software Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston,
46      MA 02111-1307 USA
47    </para>
48       
49    <para>
50      For more details see the file COPYING in the source
51      distribution of Linux.
52    </para>
53   </legalnotice>
54  </bookinfo>
55
56 <toc></toc>
57
58   <chapter id="intro">
59       <title>Introduction</title>
60   <para>
61         Parts of this document first appeared in Linux Magazine under a
62         ninety day exclusivity.
63   </para>
64   <para>
65         Video4Linux is intended to provide a common programming interface
66         for the many TV and capture cards now on the market, as well as
67         parallel port and USB video cameras. Radio, teletext decoders and
68         vertical blanking data interfaces are also provided.
69   </para>
70   </chapter>
71   <chapter id="radio">
72         <title>Radio Devices</title>
73   <para>
74         There are a wide variety of radio interfaces available for PC's, and these
75         are generally very simple to program. The biggest problem with supporting
76         such devices is normally extracting documentation from the vendor.
77   </para>
78   <para>
79         The radio interface supports a simple set of control ioctls standardised
80         across all radio and tv interfaces. It does not support read or write, which
81         are used for video streams. The reason radio cards do not allow you to read
82         the audio stream into an application is that without exception they provide
83         a connection on to a soundcard. Soundcards can be used to read the radio
84         data just fine. 
85   </para>
86   <sect1 id="registerradio">
87   <title>Registering Radio Devices</title>
88   <para>
89         The Video4linux core provides an interface for registering devices. The
90         first step in writing our radio card driver is to register it.
91   </para>
92   <programlisting>
93
94
95 static struct video_device my_radio
96 {
97         "My radio",
98         VID_TYPE_TUNER,
99         radio_open.
100         radio_close,
101         NULL,                /* no read */
102         NULL,                 /* no write */
103         NULL,                /* no poll */
104         radio_ioctl,
105         NULL,                /* no special init function */
106         NULL                /* no private data */
107 };
108
109
110   </programlisting>
111   <para>
112         This declares our video4linux device driver interface. The VID_TYPE_ value
113         defines what kind of an interface we are, and defines basic capabilities.
114   </para>
115   <para>
116         The only defined value relevant for a radio card is VID_TYPE_TUNER which
117         indicates that the device can be tuned. Clearly our radio is going to have some
118         way to change channel so it is tuneable.
119   </para>
120   <para>
121         We declare an open and close routine, but we do not need read or write,
122         which are used to read and write video data to or from the card itself. As
123         we have no read or write there is no poll function.
124   </para>
125   <para>
126         The private initialise function is run when the device is registered. In
127         this driver we've already done all the work needed. The final pointer is a
128         private data pointer that can be used by the device driver to attach and
129         retrieve private data structures. We set this field "priv" to NULL for
130         the moment.
131   </para>
132   <para>
133         Having the structure defined is all very well but we now need to register it
134         with the kernel. 
135   </para>
136   <programlisting>
137
138
139 static int io = 0x320;
140
141 int __init myradio_init(struct video_init *v)
142 {
143         if(!request_region(io, MY_IO_SIZE, "myradio"))
144         {
145                 printk(KERN_ERR 
146                     "myradio: port 0x%03X is in use.\n", io);
147                 return -EBUSY;
148         }
149
150         if(video_device_register(&amp;my_radio, VFL_TYPE_RADIO)==-1) {
151                 release_region(io, MY_IO_SIZE);
152                 return -EINVAL;
153         }               
154         return 0;
155 }
156
157   </programlisting>
158   <para>
159         The first stage of the initialisation, as is normally the case, is to check 
160         that the I/O space we are about to fiddle with doesn't belong to some other 
161         driver. If it is we leave well alone. If the user gives the address of the 
162         wrong device then we will spot this. These policies will generally avoid 
163         crashing the machine.
164   </para>
165   <para>
166         Now we ask the Video4Linux layer to register the device for us. We hand it
167         our carefully designed video_device structure and also tell it which group
168         of devices we want it registered with. In this case VFL_TYPE_RADIO.
169   </para>
170   <para>
171         The types available are
172   </para>
173    <table frame="all" id="Device_Types"><title>Device Types</title>
174    <tgroup cols="3" align="left">
175    <tbody>
176    <row>
177         <entry>VFL_TYPE_RADIO</entry><entry>/dev/radio{n}</entry><entry>
178
179         Radio devices are assigned in this block. As with all of these
180         selections the actual number assignment is done by the video layer
181         accordijng to what is free.</entry>
182         </row><row>
183         <entry>VFL_TYPE_GRABBER</entry><entry>/dev/video{n}</entry><entry>
184         Video capture devices and also -- counter-intuitively for the name --
185         hardware video playback devices such as MPEG2 cards.</entry>
186         </row><row>
187         <entry>VFL_TYPE_VBI</entry><entry>/dev/vbi{n}</entry><entry>
188         The VBI devices capture the hidden lines on a television picture
189         that carry further information like closed caption data, teletext
190         (primarily in Europe) and now Intercast and the ATVEC internet
191         television encodings.</entry>
192         </row><row>
193         <entry>VFL_TYPE_VTX</entry><entry>/dev/vtx[n}</entry><entry>
194         VTX is 'Videotext' also known as 'Teletext'. This is a system for
195         sending numbered, 40x25, mostly textual page images over the hidden
196         lines. Unlike the /dev/vbi interfaces, this is for 'smart' decoder 
197         chips. (The use of the word smart here has to be taken in context,
198         the smartest teletext chips are fairly dumb pieces of technology).
199         </entry>
200     </row>
201     </tbody>
202     </tgroup>
203     </table>
204   <para>
205         We are most definitely a radio.
206   </para>
207   <para>
208         Finally we allocate our I/O space so that nobody treads on us and return 0
209         to signify general happiness with the state of the universe.
210   </para>
211   </sect1>
212   <sect1 id="openradio">
213   <title>Opening And Closing The Radio</title>
214
215   <para>
216         The functions we declared in our video_device are mostly very simple.
217         Firstly we can drop in what is basically standard code for open and close. 
218   </para>
219   <programlisting>
220
221
222 static int users = 0;
223
224 static int radio_open(struct video_device *dev, int flags)
225 {
226         if(users)
227                 return -EBUSY;
228         users++;
229         return 0;
230 }
231
232   </programlisting>
233   <para>
234         At open time we need to do nothing but check if someone else is also using
235         the radio card. If nobody is using it we make a note that we are using it,
236         then we ensure that nobody unloads our driver on us.
237   </para>
238   <programlisting>
239
240
241 static int radio_close(struct video_device *dev)
242 {
243         users--;
244 }
245
246   </programlisting>
247   <para>
248         At close time we simply need to reduce the user count and allow the module
249         to become unloadable.
250   </para>
251   <para>
252         If you are sharp you will have noticed neither the open nor the close
253         routines attempt to reset or change the radio settings. This is intentional.
254         It allows an application to set up the radio and exit. It avoids a user
255         having to leave an application running all the time just to listen to the
256         radio. 
257   </para>
258   </sect1>
259   <sect1 id="ioctlradio">
260   <title>The Ioctl Interface</title>
261   <para>
262         This leaves the ioctl routine, without which the driver will not be
263         terribly useful to anyone.
264   </para>
265   <programlisting>
266
267
268 static int radio_ioctl(struct video_device *dev, unsigned int cmd, void *arg)
269 {
270         switch(cmd)
271         {
272                 case VIDIOCGCAP:
273                 {
274                         struct video_capability v;
275                         v.type = VID_TYPE_TUNER;
276                         v.channels = 1;
277                         v.audios = 1;
278                         v.maxwidth = 0;
279                         v.minwidth = 0;
280                         v.maxheight = 0;
281                         v.minheight = 0;
282                         strcpy(v.name, "My Radio");
283                         if(copy_to_user(arg, &amp;v, sizeof(v)))
284                                 return -EFAULT;
285                         return 0;
286                 }
287
288   </programlisting>
289   <para>
290         VIDIOCGCAP is the first ioctl all video4linux devices must support. It
291         allows the applications to find out what sort of a card they have found and
292         to figure out what they want to do about it. The fields in the structure are
293   </para>
294    <table frame="all" id="video_capability_fields"><title>struct video_capability fields</title>
295    <tgroup cols="2" align="left">
296    <tbody>
297    <row>
298         <entry>name</entry><entry>The device text name. This is intended for the user.</entry>
299         </row><row>
300         <entry>channels</entry><entry>The number of different channels you can tune on
301                         this card. It could even by zero for a card that has
302                         no tuning capability. For our simple FM radio it is 1. 
303                         An AM/FM radio would report 2.</entry>
304         </row><row>
305         <entry>audios</entry><entry>The number of audio inputs on this device. For our
306                         radio there is only one audio input.</entry>
307         </row><row>
308         <entry>minwidth,minheight</entry><entry>The smallest size the card is capable of capturing
309                         images in. We set these to zero. Radios do not
310                         capture pictures</entry>
311         </row><row>
312         <entry>maxwidth,maxheight</entry><entry>The largest image size the card is capable of
313                                       capturing. For our radio we report 0.
314                                 </entry>
315         </row><row>
316         <entry>type</entry><entry>This reports the capabilities of the device, and
317                         matches the field we filled in in the struct
318                         video_device when registering.</entry>
319     </row>
320     </tbody>
321     </tgroup>
322     </table>
323   <para>
324         Having filled in the fields, we use copy_to_user to copy the structure into
325         the users buffer. If the copy fails we return an EFAULT to the application
326         so that it knows it tried to feed us garbage.
327   </para>
328   <para>
329         The next pair of ioctl operations select which tuner is to be used and let
330         the application find the tuner properties. We have only a single FM band
331         tuner in our example device.
332   </para>
333   <programlisting>
334
335
336                 case VIDIOCGTUNER:
337                 {
338                         struct video_tuner v;
339                         if(copy_from_user(&amp;v, arg, sizeof(v))!=0)
340                                 return -EFAULT;
341                         if(v.tuner)
342                                 return -EINVAL;
343                         v.rangelow=(87*16000);
344                         v.rangehigh=(108*16000);
345                         v.flags = VIDEO_TUNER_LOW;
346                         v.mode = VIDEO_MODE_AUTO;
347                         v.signal = 0xFFFF;
348                         strcpy(v.name, "FM");
349                         if(copy_to_user(&amp;v, arg, sizeof(v))!=0)
350                                 return -EFAULT;
351                         return 0;
352                 }
353
354   </programlisting>
355   <para>
356         The VIDIOCGTUNER ioctl allows applications to query a tuner. The application
357         sets the tuner field to the tuner number it wishes to query. The query does
358         not change the tuner that is being used, it merely enquires about the tuner
359         in question.
360   </para>
361   <para>
362         We have exactly one tuner so after copying the user buffer to our temporary
363         structure we complain if they asked for a tuner other than tuner 0. 
364   </para>
365   <para>
366         The video_tuner structure has the following fields
367   </para>
368    <table frame="all" id="video_tuner_fields"><title>struct video_tuner fields</title>
369    <tgroup cols="2" align="left">
370    <tbody>
371    <row>
372         <entry>int tuner</entry><entry>The number of the tuner in question</entry>
373    </row><row>
374         <entry>char name[32]</entry><entry>A text description of this tuner. "FM" will do fine.
375                         This is intended for the application.</entry>
376    </row><row>
377         <entry>u32 flags</entry>
378         <entry>Tuner capability flags</entry>
379    </row>
380    <row>
381         <entry>u16 mode</entry><entry>The current reception mode</entry>
382
383    </row><row>
384         <entry>u16 signal</entry><entry>The signal strength scaled between 0 and 65535. If
385                         a device cannot tell the signal strength it should
386                         report 65535. Many simple cards contain only a 
387                         signal/no signal bit. Such cards will report either
388                         0 or 65535.</entry>
389
390    </row><row>
391         <entry>u32 rangelow, rangehigh</entry><entry>
392                         The range of frequencies supported by the radio
393                         or TV. It is scaled according to the VIDEO_TUNER_LOW
394                         flag.</entry>
395
396     </row>
397     </tbody>
398     </tgroup>
399     </table>
400
401    <table frame="all" id="video_tuner_flags"><title>struct video_tuner flags</title>
402    <tgroup cols="2" align="left">
403    <tbody>
404    <row>
405         <entry>VIDEO_TUNER_PAL</entry><entry>A PAL TV tuner</entry>
406         </row><row>
407         <entry>VIDEO_TUNER_NTSC</entry><entry>An NTSC (US) TV tuner</entry>
408         </row><row>
409         <entry>VIDEO_TUNER_SECAM</entry><entry>A SECAM (French) TV tuner</entry>
410         </row><row>
411         <entry>VIDEO_TUNER_LOW</entry><entry>
412              The tuner frequency is scaled in 1/16th of a KHz
413              steps. If not it is in 1/16th of a MHz steps
414         </entry>
415         </row><row>
416         <entry>VIDEO_TUNER_NORM</entry><entry>The tuner can set its format</entry>
417         </row><row>
418         <entry>VIDEO_TUNER_STEREO_ON</entry><entry>The tuner is currently receiving a stereo signal</entry>
419         </row>
420     </tbody>
421     </tgroup>
422     </table>
423
424    <table frame="all" id="video_tuner_modes"><title>struct video_tuner modes</title>
425    <tgroup cols="2" align="left">
426    <tbody>
427    <row>
428                 <entry>VIDEO_MODE_PAL</entry><entry>PAL Format</entry>
429    </row><row>
430                 <entry>VIDEO_MODE_NTSC</entry><entry>NTSC Format (USA)</entry>
431    </row><row>
432                 <entry>VIDEO_MODE_SECAM</entry><entry>French Format</entry>
433    </row><row>
434                 <entry>VIDEO_MODE_AUTO</entry><entry>A device that does not need to do
435                                         TV format switching</entry>
436    </row>
437     </tbody>
438     </tgroup>
439     </table>
440   <para>
441         The settings for the radio card are thus fairly simple. We report that we
442         are a tuner called "FM" for FM radio. In order to get the best tuning
443         resolution we report VIDEO_TUNER_LOW and select tuning to 1/16th of KHz. Its
444         unlikely our card can do that resolution but it is a fair bet the card can
445         do better than 1/16th of a MHz. VIDEO_TUNER_LOW is appropriate to almost all
446         radio usage.
447   </para>
448   <para>
449         We report that the tuner automatically handles deciding what format it is
450         receiving - true enough as it only handles FM radio. Our example card is
451         also incapable of detecting stereo or signal strengths so it reports a
452         strength of 0xFFFF (maximum) and no stereo detected.
453   </para>
454   <para>
455         To finish off we set the range that can be tuned to be 87-108Mhz, the normal
456         FM broadcast radio range. It is important to find out what the card is
457         actually capable of tuning. It is easy enough to simply use the FM broadcast
458         range. Unfortunately if you do this you will discover the FM broadcast
459         ranges in the USA, Europe and Japan are all subtly different and some users
460         cannot receive all the stations they wish.
461   </para>
462   <para>
463         The application also needs to be able to set the tuner it wishes to use. In
464         our case, with a single tuner this is rather simple to arrange.
465   </para>
466   <programlisting>
467
468                 case VIDIOCSTUNER:
469                 {
470                         struct video_tuner v;
471                         if(copy_from_user(&amp;v, arg, sizeof(v)))
472                                 return -EFAULT;
473                         if(v.tuner != 0)
474                                 return -EINVAL;
475                         return 0;
476                 }
477
478   </programlisting>
479   <para>
480         We copy the user supplied structure into kernel memory so we can examine it. 
481         If the user has selected a tuner other than zero we reject the request. If 
482         they wanted tuner 0 then, surprisingly enough, that is the current tuner already.
483   </para>
484   <para>
485         The next two ioctls we need to provide are to get and set the frequency of
486         the radio. These both use an unsigned long argument which is the frequency.
487         The scale of the frequency depends on the VIDEO_TUNER_LOW flag as I
488         mentioned earlier on. Since we have VIDEO_TUNER_LOW set this will be in
489         1/16ths of a KHz.
490   </para>
491   <programlisting>
492
493 static unsigned long current_freq;
494
495
496
497                 case VIDIOCGFREQ:
498                         if(copy_to_user(arg, &amp;current_freq, 
499                                 sizeof(unsigned long))
500                                 return -EFAULT;
501                         return 0;
502
503   </programlisting>
504   <para>
505         Querying the frequency in our case is relatively simple. Our radio card is
506         too dumb to let us query the signal strength so we remember our setting if 
507         we know it. All we have to do is copy it to the user.
508   </para>
509   <programlisting>
510
511
512                 case VIDIOCSFREQ:
513                 {
514                         u32 freq;
515                         if(copy_from_user(arg, &amp;freq, 
516                                 sizeof(unsigned long))!=0)
517                                 return -EFAULT;
518                         if(hardware_set_freq(freq)&lt;0)
519                                 return -EINVAL;
520                         current_freq = freq;
521                         return 0;
522                 }
523
524   </programlisting>
525   <para>
526         Setting the frequency is a little more complex. We begin by copying the
527         desired frequency into kernel space. Next we call a hardware specific routine
528         to set the radio up. This might be as simple as some scaling and a few
529         writes to an I/O port. For most radio cards it turns out a good deal more
530         complicated and may involve programming things like a phase locked loop on
531         the card. This is what documentation is for. 
532   </para>
533   <para>
534         The final set of operations we need to provide for our radio are the 
535         volume controls. Not all radio cards can even do volume control. After all
536         there is a perfectly good volume control on the sound card. We will assume
537         our radio card has a simple 4 step volume control.
538   </para>
539   <para>
540         There are two ioctls with audio we need to support
541   </para>
542   <programlisting>
543
544 static int current_volume=0;
545
546                 case VIDIOCGAUDIO:
547                 {
548                         struct video_audio v;
549                         if(copy_from_user(&amp;v, arg, sizeof(v)))
550                                 return -EFAULT;
551                         if(v.audio != 0)
552                                 return -EINVAL;
553                         v.volume = 16384*current_volume;
554                         v.step = 16384;
555                         strcpy(v.name, "Radio");
556                         v.mode = VIDEO_SOUND_MONO;
557                         v.balance = 0;
558                         v.base = 0;
559                         v.treble = 0;
560                         
561                         if(copy_to_user(arg. &amp;v, sizeof(v)))
562                                 return -EFAULT;
563                         return 0;
564                 }
565
566   </programlisting>
567   <para>
568         Much like the tuner we start by copying the user structure into kernel
569         space. Again we check if the user has asked for a valid audio input. We have
570         only input 0 and we punt if they ask for another input.
571   </para>
572   <para>
573         Then we fill in the video_audio structure. This has the following format
574   </para>
575    <table frame="all" id="video_audio_fields"><title>struct video_audio fields</title>
576    <tgroup cols="2" align="left">
577    <tbody>
578    <row>
579    <entry>audio</entry><entry>The input the user wishes to query</entry>
580    </row><row>
581    <entry>volume</entry><entry>The volume setting on a scale of 0-65535</entry>
582    </row><row>
583    <entry>base</entry><entry>The base level on a scale of 0-65535</entry>
584    </row><row>
585    <entry>treble</entry><entry>The treble level on a scale of 0-65535</entry>
586    </row><row>
587    <entry>flags</entry><entry>The features this audio device supports
588    </entry>
589    </row><row>
590    <entry>name</entry><entry>A text name to display to the user. We picked
591                         "Radio" as it explains things quite nicely.</entry>
592    </row><row>
593    <entry>mode</entry><entry>The current reception mode for the audio
594
595                 We report MONO because our card is too stupid to know if it is in
596                 mono or stereo. 
597    </entry>
598    </row><row>
599    <entry>balance</entry><entry>The stereo balance on a scale of 0-65535, 32768 is
600                         middle.</entry>
601    </row><row>
602    <entry>step</entry><entry>The step by which the volume control jumps. This is
603                         used to help make it easy for applications to set 
604                         slider behaviour.</entry>
605    </row>
606    </tbody>
607    </tgroup>
608    </table>
609
610    <table frame="all" id="video_audio_flags"><title>struct video_audio flags</title>
611    <tgroup cols="2" align="left">
612    <tbody>
613    <row>
614                 <entry>VIDEO_AUDIO_MUTE</entry><entry>The audio is currently muted. We
615                                         could fake this in our driver but we
616                                         choose not to bother.</entry>
617    </row><row>
618                 <entry>VIDEO_AUDIO_MUTABLE</entry><entry>The input has a mute option</entry>
619    </row><row>
620                 <entry>VIDEO_AUDIO_TREBLE</entry><entry>The  input has a treble control</entry>
621    </row><row>
622                 <entry>VIDEO_AUDIO_BASS</entry><entry>The input has a base control</entry>
623    </row>
624    </tbody>
625    </tgroup>
626    </table>
627
628    <table frame="all" id="video_audio_modes"><title>struct video_audio modes</title>
629    <tgroup cols="2" align="left">
630    <tbody>
631    <row>
632                 <entry>VIDEO_SOUND_MONO</entry><entry>Mono sound</entry>
633    </row><row>
634                 <entry>VIDEO_SOUND_STEREO</entry><entry>Stereo sound</entry>
635    </row><row>
636                 <entry>VIDEO_SOUND_LANG1</entry><entry>Alternative language 1 (TV specific)</entry>
637    </row><row>
638                 <entry>VIDEO_SOUND_LANG2</entry><entry>Alternative language 2 (TV specific)</entry>
639    </row>
640    </tbody>
641    </tgroup>
642    </table>
643   <para>
644         Having filled in the structure we copy it back to user space.
645   </para>
646   <para>
647         The VIDIOCSAUDIO ioctl allows the user to set the audio parameters in the
648         video_audio structure. The driver does its best to honour the request.
649   </para>
650   <programlisting>
651
652                 case VIDIOCSAUDIO:
653                 {
654                         struct video_audio v;
655                         if(copy_from_user(&amp;v, arg, sizeof(v)))
656                                 return -EFAULT;
657                         if(v.audio)
658                                 return -EINVAL;
659                         current_volume = v/16384;
660                         hardware_set_volume(current_volume);
661                         return 0;
662                 }
663
664   </programlisting>
665   <para>
666         In our case there is very little that the user can set. The volume is
667         basically the limit. Note that we could pretend to have a mute feature
668         by rewriting this to 
669   </para>
670   <programlisting>
671
672                 case VIDIOCSAUDIO:
673                 {
674                         struct video_audio v;
675                         if(copy_from_user(&amp;v, arg, sizeof(v)))
676                                 return -EFAULT;
677                         if(v.audio)
678                                 return -EINVAL;
679                         current_volume = v/16384;
680                         if(v.flags&amp;VIDEO_AUDIO_MUTE)
681                                 hardware_set_volume(0);
682                         else
683                                 hardware_set_volume(current_volume);
684                         current_muted = v.flags &amp; 
685                                               VIDEO_AUDIO_MUTE;
686                         return 0;
687                 }
688
689   </programlisting>
690   <para>
691         This with the corresponding changes to the VIDIOCGAUDIO code to report the
692         state of the mute flag we save and to report the card has a mute function,
693         will allow applications to use a mute facility with this card. It is
694         questionable whether this is a good idea however. User applications can already
695         fake this themselves and kernel space is precious.
696   </para>
697   <para>
698         We now have a working radio ioctl handler. So we just wrap up the function
699   </para>
700   <programlisting>
701
702
703         }
704         return -ENOIOCTLCMD;
705 }
706
707   </programlisting>
708   <para>
709         and pass the Video4Linux layer back an error so that it knows we did not
710         understand the request we got passed.
711   </para>
712   </sect1>
713   <sect1 id="modradio">
714   <title>Module Wrapper</title>
715   <para>
716         Finally we add in the usual module wrapping and the driver is done.
717   </para>
718   <programlisting>
719
720 #ifndef MODULE
721
722 static int io = 0x300;
723
724 #else
725
726 static int io = -1;
727
728 #endif
729
730 MODULE_AUTHOR("Alan Cox");
731 MODULE_DESCRIPTION("A driver for an imaginary radio card.");
732 module_param(io, int, 0444);
733 MODULE_PARM_DESC(io, "I/O address of the card.");
734
735 static int __init init(void)
736 {
737         if(io==-1)
738         {
739                 printk(KERN_ERR 
740          "You must set an I/O address with io=0x???\n");
741                 return -EINVAL;
742         }
743         return myradio_init(NULL);
744 }
745
746 static void __exit cleanup(void)
747 {
748         video_unregister_device(&amp;my_radio);
749         release_region(io, MY_IO_SIZE);
750 }
751
752 module_init(init);
753 module_exit(cleanup);
754
755   </programlisting>
756   <para>
757         In this example we set the IO base by default if the driver is compiled into
758         the kernel: you can still set it using "my_radio.irq" if this file is called <filename>my_radio.c</filename>. For the module we require the
759         user sets the parameter. We set io to a nonsense port (-1) so that we can
760         tell if the user supplied an io parameter or not.
761   </para>
762   <para>
763         We use MODULE_ defines to give an author for the card driver and a
764         description. We also use them to declare that io is an integer and it is the
765         address of the card, and can be read by anyone from sysfs.
766   </para>
767   <para>
768         The clean-up routine unregisters the video_device we registered, and frees
769         up the I/O space. Note that the unregister takes the actual video_device
770         structure as its argument. Unlike the file operations structure which can be
771         shared by all instances of a device a video_device structure as an actual
772         instance of the device. If you are registering multiple radio devices you
773         need to fill in one structure per device (most likely by setting up a
774         template and copying it to each of the actual device structures).
775   </para>
776   </sect1>
777   </chapter>
778   <chapter id="Video_Capture_Devices">
779         <title>Video Capture Devices</title>
780   <sect1 id="introvid">
781   <title>Video Capture Device Types</title>
782   <para>
783         The video capture devices share the same interfaces as radio devices. In
784         order to explain the video capture interface I will use the example of a
785         camera that has no tuners or audio input. This keeps the example relatively
786         clean. To get both combine the two driver examples.
787   </para>
788   <para>
789         Video capture devices divide into four categories. A little technology
790         backgrounder. Full motion video even at television resolution (which is
791         actually fairly low) is pretty resource-intensive. You are continually
792         passing megabytes of data every second from the capture card to the display. 
793         several alternative approaches have emerged because copying this through the 
794         processor and the user program is a particularly bad idea .
795   </para>
796   <para>
797         The first is to add the television image onto the video output directly.
798         This is also how some 3D cards work. These basic cards can generally drop the
799         video into any chosen rectangle of the display. Cards like this, which
800         include most mpeg1 cards that used the feature connector,  aren't very
801         friendly in a windowing environment. They don't understand windows or
802         clipping. The video window is always on the top of the display.
803   </para>
804   <para>
805         Chroma keying is a technique used by cards to get around this. It is an old
806         television mixing trick where you mark all the areas you wish to replace
807         with a single clear colour that isn't used in the image - TV people use an
808         incredibly bright blue while computing people often use a particularly
809         virulent purple. Bright blue occurs on the desktop. Anyone with virulent
810         purple windows has another problem besides their TV overlay.
811   </para>
812   <para>
813         The third approach is to copy the data from the capture card to the video
814         card, but to do it directly across the PCI bus. This relieves the processor
815         from doing the work but does require some smartness on the part of the video
816         capture chip, as well as a suitable video card. Programming this kind of
817         card and more so debugging it can be extremely tricky. There are some quite
818         complicated interactions with the display and you may also have to cope with
819         various chipset bugs that show up when PCI cards start talking to each
820         other. 
821   </para>
822   <para>
823         To keep our example fairly simple we will assume a card that supports
824         overlaying a flat rectangular image onto the frame buffer output, and which
825         can also capture stuff into processor memory.
826   </para>
827   </sect1>
828   <sect1 id="regvid">
829   <title>Registering Video Capture Devices</title>
830   <para>
831         This time we need to add more functions for our camera device.
832   </para>
833   <programlisting>
834 static struct video_device my_camera
835 {
836         "My Camera",
837         VID_TYPE_OVERLAY|VID_TYPE_SCALES|\
838         VID_TYPE_CAPTURE|VID_TYPE_CHROMAKEY,
839         camera_open.
840         camera_close,
841         camera_read,      /* no read */
842         NULL,             /* no write */
843         camera_poll,      /* no poll */
844         camera_ioctl,
845         NULL,             /* no special init function */
846         NULL              /* no private data */
847 };
848   </programlisting>
849   <para>
850         We need a read() function which is used for capturing data from
851         the card, and we need a poll function so that a driver can wait for the next
852         frame to be captured.
853   </para>
854   <para>
855         We use the extra video capability flags that did not apply to the
856         radio interface. The video related flags are
857   </para>
858    <table frame="all" id="Capture_Capabilities"><title>Capture Capabilities</title>
859    <tgroup cols="2" align="left">
860    <tbody>
861    <row>
862 <entry>VID_TYPE_CAPTURE</entry><entry>We support image capture</entry>
863 </row><row>
864 <entry>VID_TYPE_TELETEXT</entry><entry>A teletext capture device (vbi{n])</entry>
865 </row><row>
866 <entry>VID_TYPE_OVERLAY</entry><entry>The image can be directly overlaid onto the
867                                 frame buffer</entry>
868 </row><row>
869 <entry>VID_TYPE_CHROMAKEY</entry><entry>Chromakey can be used to select which parts
870                                 of the image to display</entry>
871 </row><row>
872 <entry>VID_TYPE_CLIPPING</entry><entry>It is possible to give the board a list of
873                                 rectangles to draw around. </entry>
874 </row><row>
875 <entry>VID_TYPE_FRAMERAM</entry><entry>The video capture goes into the video memory
876                                 and actually changes it. Applications need
877                                 to know this so they can clean up after the
878                                 card</entry>
879 </row><row>
880 <entry>VID_TYPE_SCALES</entry><entry>The image can be scaled to various sizes,
881                                 rather than being a single fixed size.</entry>
882 </row><row>
883 <entry>VID_TYPE_MONOCHROME</entry><entry>The capture will be monochrome. This isn't a
884                                 complete answer to the question since a mono
885                                 camera on a colour capture card will still
886                                 produce mono output.</entry>
887 </row><row>
888 <entry>VID_TYPE_SUBCAPTURE</entry><entry>The card allows only part of its field of
889                                 view to be captured. This enables
890                                 applications to avoid copying all of a large
891                                 image into memory when only some section is
892                                 relevant.</entry>
893     </row>
894     </tbody>
895     </tgroup>
896     </table>
897   <para>
898         We set VID_TYPE_CAPTURE so that we are seen as a capture card,
899         VID_TYPE_CHROMAKEY so the application knows it is time to draw in virulent
900         purple, and VID_TYPE_SCALES because we can be resized.
901   </para>
902   <para>
903         Our setup is fairly similar. This time we also want an interrupt line
904         for the 'frame captured' signal. Not all cards have this so some of them
905         cannot handle poll().
906   </para>
907   <programlisting>
908
909
910 static int io = 0x320;
911 static int irq = 11;
912
913 int __init mycamera_init(struct video_init *v)
914 {
915         if(!request_region(io, MY_IO_SIZE, "mycamera"))
916         {
917                 printk(KERN_ERR 
918                       "mycamera: port 0x%03X is in use.\n", io);
919                 return -EBUSY;
920         }
921
922         if(video_device_register(&amp;my_camera, 
923             VFL_TYPE_GRABBER)==-1) {
924                 release_region(io, MY_IO_SIZE);
925                 return -EINVAL;
926         }
927         return 0;
928 }
929
930   </programlisting>
931   <para>
932         This is little changed from the needs of the radio card. We specify
933         VFL_TYPE_GRABBER this time as we want to be allocated a /dev/video name.
934   </para>
935   </sect1>
936   <sect1 id="opvid">
937   <title>Opening And Closing The Capture Device</title>
938   <programlisting>
939
940
941 static int users = 0;
942
943 static int camera_open(struct video_device *dev, int flags)
944 {
945         if(users)
946                 return -EBUSY;
947         if(request_irq(irq, camera_irq, 0, "camera", dev)&lt;0)
948                 return -EBUSY;
949         users++;
950         return 0;
951 }
952
953
954 static int camera_close(struct video_device *dev)
955 {
956         users--;
957         free_irq(irq, dev);
958 }
959   </programlisting>
960   <para>
961         The open and close routines are also quite similar. The only real change is
962         that we now request an interrupt for the camera device interrupt line. If we
963         cannot get the interrupt we report EBUSY to the application and give up.
964   </para>
965   </sect1>
966   <sect1 id="irqvid">
967   <title>Interrupt Handling</title>
968   <para>
969         Our example handler is for an ISA bus device. If it was PCI you would be
970         able to share the interrupt and would have set IRQF_SHARED to indicate a
971         shared IRQ. We pass the device pointer as the interrupt routine argument. We
972         don't need to since we only support one card but doing this will make it
973         easier to upgrade the driver for multiple devices in the future.
974   </para>
975   <para>
976         Our interrupt routine needs to do little if we assume the card can simply
977         queue one frame to be read after it captures it. 
978   </para>
979   <programlisting>
980
981
982 static struct wait_queue *capture_wait;
983 static int capture_ready = 0;
984
985 static void camera_irq(int irq, void *dev_id, 
986                           struct pt_regs *regs)
987 {
988         capture_ready=1;
989         wake_up_interruptible(&amp;capture_wait);
990 }
991   </programlisting>
992   <para>
993         The interrupt handler is nice and simple for this card as we are assuming
994         the card is buffering the frame for us. This means we have little to do but
995         wake up        anybody interested. We also set a capture_ready flag, as we may
996         capture a frame before an application needs it. In this case we need to know
997         that a frame is ready. If we had to collect the frame on the interrupt life
998         would be more complex.
999   </para>
1000   <para>
1001         The two new routines we need to supply are camera_read which returns a
1002         frame, and camera_poll which waits for a frame to become ready.
1003   </para>
1004   <programlisting>
1005
1006
1007 static int camera_poll(struct video_device *dev, 
1008         struct file *file, struct poll_table *wait)
1009 {
1010         poll_wait(file, &amp;capture_wait, wait);
1011         if(capture_read)
1012                 return POLLIN|POLLRDNORM;
1013         return 0;
1014 }
1015
1016   </programlisting>
1017   <para>
1018         Our wait queue for polling is the capture_wait queue. This will cause the
1019         task to be woken up by our camera_irq routine. We check capture_read to see
1020         if there is an image present and if so report that it is readable.
1021   </para>
1022   </sect1>
1023   <sect1 id="rdvid">
1024   <title>Reading The Video Image</title>
1025   <programlisting>
1026
1027
1028 static long camera_read(struct video_device *dev, char *buf,
1029                                 unsigned long count)
1030 {
1031         struct wait_queue wait = { current, NULL };
1032         u8 *ptr;
1033         int len;
1034         int i;
1035
1036         add_wait_queue(&amp;capture_wait, &amp;wait);
1037
1038         while(!capture_ready)
1039         {
1040                 if(file->flags&amp;O_NDELAY)
1041                 {
1042                         remove_wait_queue(&amp;capture_wait, &amp;wait);
1043                         current->state = TASK_RUNNING;
1044                         return -EWOULDBLOCK;
1045                 }
1046                 if(signal_pending(current))
1047                 {
1048                         remove_wait_queue(&amp;capture_wait, &amp;wait);
1049                         current->state = TASK_RUNNING;
1050                         return -ERESTARTSYS;
1051                 }
1052                 schedule();
1053                 current->state = TASK_INTERRUPTIBLE;
1054         }
1055         remove_wait_queue(&amp;capture_wait, &amp;wait);
1056         current->state = TASK_RUNNING;
1057
1058   </programlisting>
1059   <para>
1060         The first thing we have to do is to ensure that the application waits until
1061         the next frame is ready. The code here is almost identical to the mouse code
1062         we used earlier in this chapter. It is one of the common building blocks of
1063         Linux device driver code and probably one which you will find occurs in any
1064         drivers you write.
1065   </para>
1066   <para>
1067         We wait for a frame to be ready, or for a signal to interrupt our waiting. If a
1068         signal occurs we need to return from the system call so that the signal can
1069         be sent to the application itself. We also check to see if the user actually
1070         wanted to avoid waiting - ie  if they are using non-blocking I/O and have other things 
1071         to get on with.
1072   </para>
1073   <para>
1074         Next we copy the data from the card to the user application. This is rarely
1075         as easy as our example makes out. We will add capture_w, and capture_h here
1076         to hold the width and height of the captured image. We assume the card only
1077         supports 24bit RGB for now.
1078   </para>
1079   <programlisting>
1080
1081
1082
1083         capture_ready = 0;
1084
1085         ptr=(u8 *)buf;
1086         len = capture_w * 3 * capture_h; /* 24bit RGB */
1087
1088         if(len>count)
1089                 len=count;  /* Doesn't all fit */
1090
1091         for(i=0; i&lt;len; i++)
1092         {
1093                 put_user(inb(io+IMAGE_DATA), ptr);
1094                 ptr++;
1095         }
1096
1097         hardware_restart_capture();
1098                 
1099         return i;
1100 }
1101
1102   </programlisting>
1103   <para>
1104         For a real hardware device you would try to avoid the loop with put_user().
1105         Each call to put_user() has a time overhead checking whether the accesses to user
1106         space are allowed. It would be better to read a line into a temporary buffer
1107         then copy this to user space in one go.
1108   </para>
1109   <para>
1110         Having captured the image and put it into user space we can kick the card to
1111         get the next frame acquired.
1112   </para>
1113   </sect1>
1114   <sect1 id="iocvid">
1115   <title>Video Ioctl Handling</title>
1116   <para>
1117         As with the radio driver the major control interface is via the ioctl()
1118         function. Video capture devices support the same tuner calls as a radio
1119         device and also support additional calls to control how the video functions
1120         are handled. In this simple example the card has no tuners to avoid making
1121         the code complex. 
1122   </para>
1123   <programlisting>
1124
1125
1126
1127 static int camera_ioctl(struct video_device *dev, unsigned int cmd, void *arg)
1128 {
1129         switch(cmd)
1130         {
1131                 case VIDIOCGCAP:
1132                 {
1133                         struct video_capability v;
1134                         v.type = VID_TYPE_CAPTURE|\
1135                                  VID_TYPE_CHROMAKEY|\
1136                                  VID_TYPE_SCALES|\
1137                                  VID_TYPE_OVERLAY;
1138                         v.channels = 1;
1139                         v.audios = 0;
1140                         v.maxwidth = 640;
1141                         v.minwidth = 16;
1142                         v.maxheight = 480;
1143                         v.minheight = 16;
1144                         strcpy(v.name, "My Camera");
1145                         if(copy_to_user(arg, &amp;v, sizeof(v)))
1146                                 return -EFAULT;
1147                         return 0;
1148                 }
1149
1150
1151   </programlisting>
1152   <para>
1153         The first ioctl we must support and which all video capture and radio
1154         devices are required to support is VIDIOCGCAP. This behaves exactly the same
1155         as with a radio device. This time, however, we report the extra capabilities
1156         we outlined earlier on when defining our video_dev structure.
1157   </para>
1158   <para>
1159         We now set the video flags saying that we support overlay, capture,
1160         scaling and chromakey. We also report size limits - our smallest image is
1161         16x16 pixels, our largest is 640x480. 
1162   </para>
1163   <para>
1164         To keep things simple we report no audio and no tuning capabilities at all.
1165   </para>
1166   <programlisting>        
1167
1168                 case VIDIOCGCHAN:
1169                 {
1170                         struct video_channel v;
1171                         if(copy_from_user(&amp;v, arg, sizeof(v)))
1172                                 return -EFAULT;
1173                         if(v.channel != 0)
1174                                 return -EINVAL;
1175                         v.flags = 0;
1176                         v.tuners = 0;
1177                         v.type = VIDEO_TYPE_CAMERA;
1178                         v.norm = VIDEO_MODE_AUTO;
1179                         strcpy(v.name, "Camera Input");break;
1180                         if(copy_to_user(&amp;v, arg, sizeof(v)))
1181                                 return -EFAULT;
1182                         return 0;
1183                 }
1184
1185
1186   </programlisting>
1187   <para>
1188         This follows what is very much the standard way an ioctl handler looks
1189         in Linux. We copy the data into a kernel space variable and we check that the
1190         request is valid (in this case that the input is 0). Finally we copy the
1191         camera info back to the user.
1192   </para>
1193   <para>
1194         The VIDIOCGCHAN ioctl allows a user to ask about video channels (that is
1195         inputs to the video card). Our example card has a single camera input. The
1196         fields in the structure are
1197   </para>
1198    <table frame="all" id="video_channel_fields"><title>struct video_channel fields</title>
1199    <tgroup cols="2" align="left">
1200    <tbody>
1201    <row>
1202
1203    <entry>channel</entry><entry>The channel number we are selecting</entry>
1204    </row><row>
1205    <entry>name</entry><entry>The name for this channel. This is intended
1206                    to describe the port to the user.
1207                    Appropriate names are therefore things like
1208                    "Camera" "SCART input"</entry>
1209    </row><row>
1210    <entry>flags</entry><entry>Channel properties</entry>
1211    </row><row>
1212    <entry>type</entry><entry>Input type</entry>
1213    </row><row>
1214    <entry>norm</entry><entry>The current television encoding being used
1215                    if relevant for this channel.
1216     </entry>
1217     </row>
1218     </tbody>
1219     </tgroup>
1220     </table>
1221     <table frame="all" id="video_channel_flags"><title>struct video_channel flags</title>
1222     <tgroup cols="2" align="left">
1223     <tbody>
1224     <row>
1225         <entry>VIDEO_VC_TUNER</entry><entry>Channel has a tuner.</entry>
1226    </row><row>
1227         <entry>VIDEO_VC_AUDIO</entry><entry>Channel has audio.</entry>
1228     </row>
1229     </tbody>
1230     </tgroup>
1231     </table>
1232     <table frame="all" id="video_channel_types"><title>struct video_channel types</title>
1233     <tgroup cols="2" align="left">
1234     <tbody>
1235     <row>
1236         <entry>VIDEO_TYPE_TV</entry><entry>Television input.</entry>
1237    </row><row>
1238         <entry>VIDEO_TYPE_CAMERA</entry><entry>Fixed camera input.</entry>
1239    </row><row>
1240         <entry>0</entry><entry>Type is unknown.</entry>
1241     </row>
1242     </tbody>
1243     </tgroup>
1244     </table>
1245     <table frame="all" id="video_channel_norms"><title>struct video_channel norms</title>
1246     <tgroup cols="2" align="left">
1247     <tbody>
1248     <row>
1249         <entry>VIDEO_MODE_PAL</entry><entry>PAL encoded Television</entry>
1250    </row><row>
1251         <entry>VIDEO_MODE_NTSC</entry><entry>NTSC (US) encoded Television</entry>
1252    </row><row>
1253         <entry>VIDEO_MODE_SECAM</entry><entry>SECAM (French) Television </entry>
1254    </row><row>
1255         <entry>VIDEO_MODE_AUTO</entry><entry>Automatic switching, or format does not
1256                                 matter</entry>
1257     </row>
1258     </tbody>
1259     </tgroup>
1260     </table>
1261     <para>
1262         The corresponding VIDIOCSCHAN ioctl allows a user to change channel and to
1263         request the norm is changed - for example to switch between a PAL or an NTSC
1264         format camera.
1265   </para>
1266   <programlisting>
1267
1268
1269                 case VIDIOCSCHAN:
1270                 {
1271                         struct video_channel v;
1272                         if(copy_from_user(&amp;v, arg, sizeof(v)))
1273                                 return -EFAULT;
1274                         if(v.channel != 0)
1275                                 return -EINVAL;
1276                         if(v.norm != VIDEO_MODE_AUTO)
1277                                 return -EINVAL;
1278                         return 0;
1279                 }
1280
1281
1282   </programlisting>
1283   <para>
1284         The implementation of this call in our driver is remarkably easy. Because we
1285         are assuming fixed format hardware we need only check that the user has not
1286         tried to change anything. 
1287   </para>
1288   <para>
1289         The user also needs to be able to configure and adjust the picture they are
1290         seeing. This is much like adjusting a television set. A user application
1291         also needs to know the palette being used so that it knows how to display
1292         the image that has been captured. The VIDIOCGPICT and VIDIOCSPICT ioctl
1293         calls provide this information.
1294   </para>
1295   <programlisting>
1296
1297
1298                 case VIDIOCGPICT
1299                 {
1300                         struct video_picture v;
1301                         v.brightness = hardware_brightness();
1302                         v.hue = hardware_hue();
1303                         v.colour = hardware_saturation();
1304                         v.contrast = hardware_brightness();
1305                         /* Not settable */
1306                         v.whiteness = 32768;
1307                         v.depth = 24;           /* 24bit */
1308                         v.palette = VIDEO_PALETTE_RGB24;
1309                         if(copy_to_user(&amp;v, arg, 
1310                              sizeof(v)))
1311                                 return -EFAULT;
1312                         return 0;
1313                 }
1314
1315
1316   </programlisting>
1317   <para>
1318         The brightness, hue, color, and contrast provide the picture controls that
1319         are akin to a conventional television. Whiteness provides additional
1320         control for greyscale images. All of these values are scaled between 0-65535
1321         and have 32768 as the mid point setting. The scaling means that applications
1322         do not have to worry about the capability range of the hardware but can let
1323         it make a best effort attempt.
1324   </para>
1325   <para>
1326         Our depth is 24, as this is in bits. We will be returning RGB24 format. This
1327         has one byte of red, then one of green, then one of blue. This then repeats
1328         for every other pixel in the image. The other common formats the interface 
1329         defines are
1330   </para>
1331    <table frame="all" id="Framebuffer_Encodings"><title>Framebuffer Encodings</title>
1332    <tgroup cols="2" align="left">
1333    <tbody>
1334    <row>
1335    <entry>GREY</entry><entry>Linear greyscale. This is for simple cameras and the
1336                         like</entry>
1337    </row><row>
1338    <entry>RGB565</entry><entry>The top 5 bits hold 32 red levels, the next six bits
1339                         hold green and the low 5 bits hold blue. </entry>
1340    </row><row>
1341    <entry>RGB555</entry><entry>The top bit is clear. The red green and blue levels
1342                         each occupy five bits.</entry>
1343     </row>
1344     </tbody>
1345     </tgroup>
1346     </table>
1347   <para>
1348         Additional modes are support for YUV capture formats. These are common for
1349         TV and video conferencing applications.
1350   </para>
1351   <para>
1352         The VIDIOCSPICT ioctl allows a user to set some of the picture parameters.
1353         Exactly which ones are supported depends heavily on the card itself. It is
1354         possible to support many modes and effects in software. In general doing
1355         this in the kernel is a bad idea. Video capture is a performance-sensitive
1356         application and the programs can often do better if they aren't being
1357         'helped' by an overkeen driver writer. Thus for our device we will report
1358         RGB24 only and refuse to allow a change.
1359   </para>
1360   <programlisting>
1361
1362
1363                 case VIDIOCSPICT:
1364                 {
1365                         struct video_picture v;
1366                         if(copy_from_user(&amp;v, arg, sizeof(v)))
1367                                 return -EFAULT;
1368                         if(v.depth!=24 || 
1369                            v.palette != VIDEO_PALETTE_RGB24)
1370                                 return -EINVAL;
1371                         set_hardware_brightness(v.brightness);
1372                         set_hardware_hue(v.hue);
1373                         set_hardware_saturation(v.colour);
1374                         set_hardware_brightness(v.contrast);
1375                         return 0;
1376                 }
1377
1378
1379   </programlisting>
1380   <para>
1381         We check the user has not tried to change the palette or the depth. We do
1382         not want to carry out some of the changes and then return an error. This may
1383         confuse the application which will be assuming no change occurred.
1384   </para>
1385   <para>
1386         In much the same way as you need to be able to set the picture controls to
1387         get the right capture images, many cards need to know what they are
1388         displaying onto when generating overlay output. In some cases getting this
1389         wrong even makes a nasty mess or may crash the computer. For that reason
1390         the VIDIOCSBUF ioctl used to set up the frame buffer information may well
1391         only be usable by root.
1392   </para>
1393   <para>
1394         We will assume our card is one of the old ISA devices with feature connector
1395         and only supports a couple of standard video modes. Very common for older
1396         cards although the PCI devices are way smarter than this.
1397   </para>
1398   <programlisting>
1399
1400
1401 static struct video_buffer capture_fb;
1402
1403                 case VIDIOCGFBUF:
1404                 {
1405                         if(copy_to_user(arg, &amp;capture_fb, 
1406                              sizeof(capture_fb)))
1407                                 return -EFAULT;
1408                         return 0;
1409                         
1410                 }
1411
1412
1413   </programlisting>
1414   <para>
1415         We keep the frame buffer information in the format the ioctl uses. This
1416         makes it nice and easy to work with in the ioctl calls.
1417   </para>
1418   <programlisting>
1419
1420                 case VIDIOCSFBUF:
1421                 {
1422                         struct video_buffer v;
1423
1424                         if(!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1425                                 return -EPERM;
1426
1427                         if(copy_from_user(&amp;v, arg, sizeof(v)))
1428                                 return -EFAULT;
1429                         if(v.width!=320 &amp;&amp; v.width!=640)
1430                                 return -EINVAL;
1431                         if(v.height!=200 &amp;&amp; v.height!=240 
1432                                 &amp;&amp; v.height!=400
1433                                 &amp;&amp; v.height !=480)
1434                                 return -EINVAL;
1435                         memcpy(&amp;capture_fb, &amp;v, sizeof(v));
1436                         hardware_set_fb(&amp;v);
1437                         return 0;
1438                 }
1439
1440
1441
1442   </programlisting>
1443   <para>
1444         The capable() function checks a user has the required capability. The Linux
1445         operating system has a set of about 30 capabilities indicating privileged
1446         access to services. The default set up gives the superuser (uid 0) all of
1447         them and nobody else has any.
1448   </para>
1449   <para>
1450         We check that the user has the SYS_ADMIN capability, that is they are
1451         allowed to operate as the machine administrator. We don't want anyone but
1452         the administrator making a mess of the display.
1453   </para>
1454   <para>
1455         Next we check for standard PC video modes (320 or 640 wide with either
1456         EGA or VGA depths). If the mode is not a standard video mode we reject it as
1457         not supported by our card. If the mode is acceptable we save it so that
1458         VIDIOCFBUF will give the right answer next time it is called.  The
1459         hardware_set_fb() function is some undescribed card specific function to
1460         program the card for the desired mode.
1461   </para>
1462   <para>
1463         Before the driver can display an overlay window it needs to know where the
1464         window should be placed, and also how large it should be. If the card
1465         supports clipping it needs to know which rectangles to omit from the
1466         display. The video_window structure is used to describe the way the image 
1467         should be displayed. 
1468    </para>
1469    <table frame="all" id="video_window_fields"><title>struct video_window fields</title>
1470    <tgroup cols="2" align="left">
1471    <tbody>
1472    <row>
1473         <entry>width</entry><entry>The width in pixels of the desired image. The card
1474                         may use a smaller size if this size is not available</entry>
1475         </row><row>
1476         <entry>height</entry><entry>The height of the image. The card may use a smaller
1477                         size if this size is not available.</entry>
1478         </row><row>
1479         <entry>x</entry><entry>   The X position of the top left of the window. This
1480                         is in pixels relative to the left hand edge of the
1481                         picture. Not all cards can display images aligned on
1482                         any pixel boundary. If the position is unsuitable
1483                         the card adjusts the image right and reduces the
1484                         width.</entry>
1485         </row><row>
1486         <entry>y</entry><entry>   The Y position of the top left of the window. This
1487                         is counted in pixels relative to the top edge of the
1488                         picture. As with the width if the card cannot
1489                         display  starting on this line it will adjust the
1490                         values.</entry>
1491         </row><row>
1492         <entry>chromakey</entry><entry>The colour (expressed in RGB32 format) for the
1493                         chromakey colour if chroma keying is being used. </entry>
1494         </row><row>
1495         <entry>clips</entry><entry>An array of rectangles that must not be drawn
1496                         over.</entry>
1497         </row><row>
1498         <entry>clipcount</entry><entry>The number of clips in this array.</entry>
1499     </row>
1500     </tbody>
1501     </tgroup>
1502     </table>
1503     <para>
1504         Each clip is a struct video_clip which has the following fields
1505    </para>
1506    <table frame="all" id="video_clip_fields"><title>video_clip fields</title>
1507    <tgroup cols="2" align="left">
1508    <tbody>
1509    <row>
1510         <entry>x, y</entry><entry>Co-ordinates relative to the display</entry>
1511         </row><row>
1512         <entry>width, height</entry><entry>Width and height in pixels</entry>
1513         </row><row>
1514         <entry>next</entry><entry>A spare field for the application to use</entry>
1515     </row>
1516     </tbody>
1517     </tgroup>
1518     </table>
1519     <para>
1520         The driver is required to ensure it always draws in the area requested or a        smaller area, and that it never draws in any of the areas that are clipped.
1521         This may well mean it has to leave alone. small areas the application wished to be
1522         drawn.
1523   </para>
1524   <para>
1525         Our example card uses chromakey so does not have to address most of the
1526         clipping.  We will add a video_window structure to our global variables to
1527         remember our parameters, as we did with the frame buffer.
1528   </para>
1529   <programlisting>
1530
1531
1532                 case VIDIOCGWIN:
1533                 {
1534                         if(copy_to_user(arg, &amp;capture_win, 
1535                             sizeof(capture_win)))
1536                                 return -EFAULT;
1537                         return 0;
1538                 }
1539
1540
1541                 case VIDIOCSWIN:
1542                 {
1543                         struct video_window v;
1544                         if(copy_from_user(&amp;v, arg, sizeof(v)))
1545                                 return -EFAULT;
1546                         if(v.width &gt; 640 || v.height &gt; 480)
1547                                 return -EINVAL;
1548                         if(v.width &lt; 16 || v.height &lt; 16)
1549                                 return -EINVAL;
1550                         hardware_set_key(v.chromakey);
1551                         hardware_set_window(v);
1552                         memcpy(&amp;capture_win, &amp;v, sizeof(v));
1553                         capture_w = v.width;
1554                         capture_h = v.height;
1555                         return 0;
1556                 }
1557
1558
1559   </programlisting>
1560   <para>
1561         Because we are using Chromakey our setup is fairly simple. Mostly we have to
1562         check the values are sane and load them into the capture card.
1563   </para>
1564   <para>
1565         With all the setup done we can now turn on the actual capture/overlay. This
1566         is done with the VIDIOCCAPTURE ioctl. This takes a single integer argument
1567         where 0 is on and 1 is off.
1568   </para>
1569   <programlisting>
1570
1571
1572                 case VIDIOCCAPTURE:
1573                 {
1574                         int v;
1575                         if(get_user(v, (int *)arg))
1576                                 return -EFAULT;
1577                         if(v==0)
1578                                 hardware_capture_off();
1579                         else
1580                         {
1581                                 if(capture_fb.width == 0 
1582                                     || capture_w == 0)
1583                                         return -EINVAL;
1584                                 hardware_capture_on();
1585                         }
1586                         return 0;
1587                 }
1588
1589
1590   </programlisting>
1591   <para>
1592         We grab the flag from user space and either enable or disable according to
1593         its value. There is one small corner case we have to consider here. Suppose
1594         that the capture was requested before the video window or the frame buffer
1595         had been set up. In those cases there will be unconfigured fields in our
1596         card data, as well as unconfigured hardware settings. We check for this case and
1597         return an error if the frame buffer or the capture window width is zero.
1598   </para>
1599   <programlisting>
1600
1601
1602                 default:
1603                         return -ENOIOCTLCMD;
1604         }
1605 }
1606   </programlisting>
1607   <para>
1608
1609         We don't need to support any other ioctls, so if we get this far, it is time
1610         to tell the video layer that we don't now what the user is talking about.
1611   </para>
1612   </sect1>
1613   <sect1 id="endvid">
1614   <title>Other Functionality</title>
1615   <para>
1616         The Video4Linux layer supports additional features, including a high
1617         performance mmap() based capture mode and capturing part of the image. 
1618         These features are out of the scope of the book.  You should however have enough 
1619         example code to implement most simple video4linux devices for radio and TV
1620         cards.
1621   </para>
1622   </sect1>
1623   </chapter>
1624   <chapter id="bugs">
1625      <title>Known Bugs And Assumptions</title>
1626   <para>
1627   <variablelist>
1628     <varlistentry><term>Multiple Opens</term>
1629     <listitem>
1630     <para>
1631         The driver assumes multiple opens should not be allowed. A driver
1632         can work around this but not cleanly.
1633     </para>
1634     </listitem></varlistentry>
1635
1636     <varlistentry><term>API Deficiencies</term>
1637     <listitem>
1638     <para>
1639         The existing API poorly reflects compression capable devices. There
1640         are plans afoot to merge V4L, V4L2 and some other ideas into a
1641         better interface.
1642     </para>
1643     </listitem></varlistentry>
1644   </variablelist>
1645
1646   </para>
1647   </chapter>
1648
1649   <chapter id="pubfunctions">
1650      <title>Public Functions Provided</title>
1651 !Edrivers/media/video/videodev.c
1652   </chapter>
1653
1654 </book>