]> Git Repo - linux.git/blob - drivers/media/usb/uvc/uvc_video.c
Linux 6.14-rc3
[linux.git] / drivers / media / usb / uvc / uvc_video.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  *      uvc_video.c  --  USB Video Class driver - Video handling
4  *
5  *      Copyright (C) 2005-2010
6  *          Laurent Pinchart ([email protected])
7  */
8
9 #include <linux/dma-mapping.h>
10 #include <linux/highmem.h>
11 #include <linux/kernel.h>
12 #include <linux/list.h>
13 #include <linux/module.h>
14 #include <linux/slab.h>
15 #include <linux/usb.h>
16 #include <linux/usb/hcd.h>
17 #include <linux/videodev2.h>
18 #include <linux/vmalloc.h>
19 #include <linux/wait.h>
20 #include <linux/atomic.h>
21 #include <linux/unaligned.h>
22
23 #include <media/jpeg.h>
24 #include <media/v4l2-common.h>
25
26 #include "uvcvideo.h"
27
28 /* ------------------------------------------------------------------------
29  * UVC Controls
30  */
31
32 static int __uvc_query_ctrl(struct uvc_device *dev, u8 query, u8 unit,
33                         u8 intfnum, u8 cs, void *data, u16 size,
34                         int timeout)
35 {
36         u8 type = USB_TYPE_CLASS | USB_RECIP_INTERFACE;
37         unsigned int pipe;
38
39         pipe = (query & 0x80) ? usb_rcvctrlpipe(dev->udev, 0)
40                               : usb_sndctrlpipe(dev->udev, 0);
41         type |= (query & 0x80) ? USB_DIR_IN : USB_DIR_OUT;
42
43         return usb_control_msg(dev->udev, pipe, query, type, cs << 8,
44                         unit << 8 | intfnum, data, size, timeout);
45 }
46
47 static const char *uvc_query_name(u8 query)
48 {
49         switch (query) {
50         case UVC_SET_CUR:
51                 return "SET_CUR";
52         case UVC_GET_CUR:
53                 return "GET_CUR";
54         case UVC_GET_MIN:
55                 return "GET_MIN";
56         case UVC_GET_MAX:
57                 return "GET_MAX";
58         case UVC_GET_RES:
59                 return "GET_RES";
60         case UVC_GET_LEN:
61                 return "GET_LEN";
62         case UVC_GET_INFO:
63                 return "GET_INFO";
64         case UVC_GET_DEF:
65                 return "GET_DEF";
66         default:
67                 return "<invalid>";
68         }
69 }
70
71 int uvc_query_ctrl(struct uvc_device *dev, u8 query, u8 unit,
72                         u8 intfnum, u8 cs, void *data, u16 size)
73 {
74         int ret;
75         u8 error;
76         u8 tmp;
77
78         ret = __uvc_query_ctrl(dev, query, unit, intfnum, cs, data, size,
79                                 UVC_CTRL_CONTROL_TIMEOUT);
80         if (likely(ret == size))
81                 return 0;
82
83         /*
84          * Some devices return shorter USB control packets than expected if the
85          * returned value can fit in less bytes. Zero all the bytes that the
86          * device has not written.
87          *
88          * This quirk is applied to all controls, regardless of their data type.
89          * Most controls are little-endian integers, in which case the missing
90          * bytes become 0 MSBs. For other data types, a different heuristic
91          * could be implemented if a device is found needing it.
92          *
93          * We exclude UVC_GET_INFO from the quirk. UVC_GET_LEN does not need
94          * to be excluded because its size is always 1.
95          */
96         if (ret > 0 && query != UVC_GET_INFO) {
97                 memset(data + ret, 0, size - ret);
98                 dev_warn_once(&dev->udev->dev,
99                               "UVC non compliance: %s control %u on unit %u returned %d bytes when we expected %u.\n",
100                               uvc_query_name(query), cs, unit, ret, size);
101                 return 0;
102         }
103
104         if (ret != -EPIPE) {
105                 dev_err(&dev->udev->dev,
106                         "Failed to query (%s) UVC control %u on unit %u: %d (exp. %u).\n",
107                         uvc_query_name(query), cs, unit, ret, size);
108                 return ret < 0 ? ret : -EPIPE;
109         }
110
111         /* Reuse data[0] to request the error code. */
112         tmp = *(u8 *)data;
113
114         ret = __uvc_query_ctrl(dev, UVC_GET_CUR, 0, intfnum,
115                                UVC_VC_REQUEST_ERROR_CODE_CONTROL, data, 1,
116                                UVC_CTRL_CONTROL_TIMEOUT);
117
118         error = *(u8 *)data;
119         *(u8 *)data = tmp;
120
121         if (ret != 1) {
122                 dev_err_ratelimited(&dev->udev->dev,
123                                     "Failed to query (%s) UVC error code control %u on unit %u: %d (exp. 1).\n",
124                                     uvc_query_name(query), cs, unit, ret);
125                 return ret < 0 ? ret : -EPIPE;
126         }
127
128         uvc_dbg(dev, CONTROL, "Control error %u\n", error);
129
130         switch (error) {
131         case 0:
132                 /* Cannot happen - we received a STALL */
133                 return -EPIPE;
134         case 1: /* Not ready */
135                 return -EBUSY;
136         case 2: /* Wrong state */
137                 return -EACCES;
138         case 3: /* Power */
139                 return -EREMOTE;
140         case 4: /* Out of range */
141                 return -ERANGE;
142         case 5: /* Invalid unit */
143         case 6: /* Invalid control */
144         case 7: /* Invalid Request */
145                 /*
146                  * The firmware has not properly implemented
147                  * the control or there has been a HW error.
148                  */
149                 return -EIO;
150         case 8: /* Invalid value within range */
151                 return -EINVAL;
152         default: /* reserved or unknown */
153                 break;
154         }
155
156         return -EPIPE;
157 }
158
159 static const struct usb_device_id elgato_cam_link_4k = {
160         USB_DEVICE(0x0fd9, 0x0066)
161 };
162
163 static void uvc_fixup_video_ctrl(struct uvc_streaming *stream,
164         struct uvc_streaming_control *ctrl)
165 {
166         const struct uvc_format *format = NULL;
167         const struct uvc_frame *frame = NULL;
168         unsigned int i;
169
170         /*
171          * The response of the Elgato Cam Link 4K is incorrect: The second byte
172          * contains bFormatIndex (instead of being the second byte of bmHint).
173          * The first byte is always zero. The third byte is always 1.
174          *
175          * The UVC 1.5 class specification defines the first five bits in the
176          * bmHint bitfield. The remaining bits are reserved and should be zero.
177          * Therefore a valid bmHint will be less than 32.
178          *
179          * Latest Elgato Cam Link 4K firmware as of 2021-03-23 needs this fix.
180          * MCU: 20.02.19, FPGA: 67
181          */
182         if (usb_match_one_id(stream->dev->intf, &elgato_cam_link_4k) &&
183             ctrl->bmHint > 255) {
184                 u8 corrected_format_index = ctrl->bmHint >> 8;
185
186                 uvc_dbg(stream->dev, VIDEO,
187                         "Correct USB video probe response from {bmHint: 0x%04x, bFormatIndex: %u} to {bmHint: 0x%04x, bFormatIndex: %u}\n",
188                         ctrl->bmHint, ctrl->bFormatIndex,
189                         1, corrected_format_index);
190                 ctrl->bmHint = 1;
191                 ctrl->bFormatIndex = corrected_format_index;
192         }
193
194         for (i = 0; i < stream->nformats; ++i) {
195                 if (stream->formats[i].index == ctrl->bFormatIndex) {
196                         format = &stream->formats[i];
197                         break;
198                 }
199         }
200
201         if (format == NULL)
202                 return;
203
204         for (i = 0; i < format->nframes; ++i) {
205                 if (format->frames[i].bFrameIndex == ctrl->bFrameIndex) {
206                         frame = &format->frames[i];
207                         break;
208                 }
209         }
210
211         if (frame == NULL)
212                 return;
213
214         if (!(format->flags & UVC_FMT_FLAG_COMPRESSED) ||
215              (ctrl->dwMaxVideoFrameSize == 0 &&
216               stream->dev->uvc_version < 0x0110))
217                 ctrl->dwMaxVideoFrameSize =
218                         frame->dwMaxVideoFrameBufferSize;
219
220         /*
221          * The "TOSHIBA Web Camera - 5M" Chicony device (04f2:b50b) seems to
222          * compute the bandwidth on 16 bits and erroneously sign-extend it to
223          * 32 bits, resulting in a huge bandwidth value. Detect and fix that
224          * condition by setting the 16 MSBs to 0 when they're all equal to 1.
225          */
226         if ((ctrl->dwMaxPayloadTransferSize & 0xffff0000) == 0xffff0000)
227                 ctrl->dwMaxPayloadTransferSize &= ~0xffff0000;
228
229         if (!(format->flags & UVC_FMT_FLAG_COMPRESSED) &&
230             stream->dev->quirks & UVC_QUIRK_FIX_BANDWIDTH &&
231             stream->intf->num_altsetting > 1) {
232                 u32 interval;
233                 u32 bandwidth;
234
235                 interval = (ctrl->dwFrameInterval > 100000)
236                          ? ctrl->dwFrameInterval
237                          : frame->dwFrameInterval[0];
238
239                 /*
240                  * Compute a bandwidth estimation by multiplying the frame
241                  * size by the number of video frames per second, divide the
242                  * result by the number of USB frames (or micro-frames for
243                  * high- and super-speed devices) per second and add the UVC
244                  * header size (assumed to be 12 bytes long).
245                  */
246                 bandwidth = frame->wWidth * frame->wHeight / 8 * format->bpp;
247                 bandwidth *= 10000000 / interval + 1;
248                 bandwidth /= 1000;
249                 if (stream->dev->udev->speed >= USB_SPEED_HIGH)
250                         bandwidth /= 8;
251                 bandwidth += 12;
252
253                 /*
254                  * The bandwidth estimate is too low for many cameras. Don't use
255                  * maximum packet sizes lower than 1024 bytes to try and work
256                  * around the problem. According to measurements done on two
257                  * different camera models, the value is high enough to get most
258                  * resolutions working while not preventing two simultaneous
259                  * VGA streams at 15 fps.
260                  */
261                 bandwidth = max_t(u32, bandwidth, 1024);
262
263                 ctrl->dwMaxPayloadTransferSize = bandwidth;
264         }
265 }
266
267 static size_t uvc_video_ctrl_size(struct uvc_streaming *stream)
268 {
269         /*
270          * Return the size of the video probe and commit controls, which depends
271          * on the protocol version.
272          */
273         if (stream->dev->uvc_version < 0x0110)
274                 return 26;
275         else if (stream->dev->uvc_version < 0x0150)
276                 return 34;
277         else
278                 return 48;
279 }
280
281 static int uvc_get_video_ctrl(struct uvc_streaming *stream,
282         struct uvc_streaming_control *ctrl, int probe, u8 query)
283 {
284         u16 size = uvc_video_ctrl_size(stream);
285         u8 *data;
286         int ret;
287
288         if ((stream->dev->quirks & UVC_QUIRK_PROBE_DEF) &&
289                         query == UVC_GET_DEF)
290                 return -EIO;
291
292         data = kmalloc(size, GFP_KERNEL);
293         if (data == NULL)
294                 return -ENOMEM;
295
296         ret = __uvc_query_ctrl(stream->dev, query, 0, stream->intfnum,
297                 probe ? UVC_VS_PROBE_CONTROL : UVC_VS_COMMIT_CONTROL, data,
298                 size, uvc_timeout_param);
299
300         if ((query == UVC_GET_MIN || query == UVC_GET_MAX) && ret == 2) {
301                 /*
302                  * Some cameras, mostly based on Bison Electronics chipsets,
303                  * answer a GET_MIN or GET_MAX request with the wCompQuality
304                  * field only.
305                  */
306                 uvc_warn_once(stream->dev, UVC_WARN_MINMAX, "UVC non "
307                         "compliance - GET_MIN/MAX(PROBE) incorrectly "
308                         "supported. Enabling workaround.\n");
309                 memset(ctrl, 0, sizeof(*ctrl));
310                 ctrl->wCompQuality = le16_to_cpup((__le16 *)data);
311                 ret = 0;
312                 goto out;
313         } else if (query == UVC_GET_DEF && probe == 1 && ret != size) {
314                 /*
315                  * Many cameras don't support the GET_DEF request on their
316                  * video probe control. Warn once and return, the caller will
317                  * fall back to GET_CUR.
318                  */
319                 uvc_warn_once(stream->dev, UVC_WARN_PROBE_DEF, "UVC non "
320                         "compliance - GET_DEF(PROBE) not supported. "
321                         "Enabling workaround.\n");
322                 ret = -EIO;
323                 goto out;
324         } else if (ret != size) {
325                 dev_err(&stream->intf->dev,
326                         "Failed to query (%s) UVC %s control : %d (exp. %u).\n",
327                         uvc_query_name(query), probe ? "probe" : "commit",
328                         ret, size);
329                 ret = (ret == -EPROTO) ? -EPROTO : -EIO;
330                 goto out;
331         }
332
333         ctrl->bmHint = le16_to_cpup((__le16 *)&data[0]);
334         ctrl->bFormatIndex = data[2];
335         ctrl->bFrameIndex = data[3];
336         ctrl->dwFrameInterval = le32_to_cpup((__le32 *)&data[4]);
337         ctrl->wKeyFrameRate = le16_to_cpup((__le16 *)&data[8]);
338         ctrl->wPFrameRate = le16_to_cpup((__le16 *)&data[10]);
339         ctrl->wCompQuality = le16_to_cpup((__le16 *)&data[12]);
340         ctrl->wCompWindowSize = le16_to_cpup((__le16 *)&data[14]);
341         ctrl->wDelay = le16_to_cpup((__le16 *)&data[16]);
342         ctrl->dwMaxVideoFrameSize = get_unaligned_le32(&data[18]);
343         ctrl->dwMaxPayloadTransferSize = get_unaligned_le32(&data[22]);
344
345         if (size >= 34) {
346                 ctrl->dwClockFrequency = get_unaligned_le32(&data[26]);
347                 ctrl->bmFramingInfo = data[30];
348                 ctrl->bPreferedVersion = data[31];
349                 ctrl->bMinVersion = data[32];
350                 ctrl->bMaxVersion = data[33];
351         } else {
352                 ctrl->dwClockFrequency = stream->dev->clock_frequency;
353                 ctrl->bmFramingInfo = 0;
354                 ctrl->bPreferedVersion = 0;
355                 ctrl->bMinVersion = 0;
356                 ctrl->bMaxVersion = 0;
357         }
358
359         /*
360          * Some broken devices return null or wrong dwMaxVideoFrameSize and
361          * dwMaxPayloadTransferSize fields. Try to get the value from the
362          * format and frame descriptors.
363          */
364         uvc_fixup_video_ctrl(stream, ctrl);
365         ret = 0;
366
367 out:
368         kfree(data);
369         return ret;
370 }
371
372 static int uvc_set_video_ctrl(struct uvc_streaming *stream,
373         struct uvc_streaming_control *ctrl, int probe)
374 {
375         u16 size = uvc_video_ctrl_size(stream);
376         u8 *data;
377         int ret;
378
379         data = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
380         if (data == NULL)
381                 return -ENOMEM;
382
383         *(__le16 *)&data[0] = cpu_to_le16(ctrl->bmHint);
384         data[2] = ctrl->bFormatIndex;
385         data[3] = ctrl->bFrameIndex;
386         *(__le32 *)&data[4] = cpu_to_le32(ctrl->dwFrameInterval);
387         *(__le16 *)&data[8] = cpu_to_le16(ctrl->wKeyFrameRate);
388         *(__le16 *)&data[10] = cpu_to_le16(ctrl->wPFrameRate);
389         *(__le16 *)&data[12] = cpu_to_le16(ctrl->wCompQuality);
390         *(__le16 *)&data[14] = cpu_to_le16(ctrl->wCompWindowSize);
391         *(__le16 *)&data[16] = cpu_to_le16(ctrl->wDelay);
392         put_unaligned_le32(ctrl->dwMaxVideoFrameSize, &data[18]);
393         put_unaligned_le32(ctrl->dwMaxPayloadTransferSize, &data[22]);
394
395         if (size >= 34) {
396                 put_unaligned_le32(ctrl->dwClockFrequency, &data[26]);
397                 data[30] = ctrl->bmFramingInfo;
398                 data[31] = ctrl->bPreferedVersion;
399                 data[32] = ctrl->bMinVersion;
400                 data[33] = ctrl->bMaxVersion;
401         }
402
403         ret = __uvc_query_ctrl(stream->dev, UVC_SET_CUR, 0, stream->intfnum,
404                 probe ? UVC_VS_PROBE_CONTROL : UVC_VS_COMMIT_CONTROL, data,
405                 size, uvc_timeout_param);
406         if (ret != size) {
407                 dev_err(&stream->intf->dev,
408                         "Failed to set UVC %s control : %d (exp. %u).\n",
409                         probe ? "probe" : "commit", ret, size);
410                 ret = -EIO;
411         }
412
413         kfree(data);
414         return ret;
415 }
416
417 int uvc_probe_video(struct uvc_streaming *stream,
418         struct uvc_streaming_control *probe)
419 {
420         struct uvc_streaming_control probe_min, probe_max;
421         unsigned int i;
422         int ret;
423
424         /*
425          * Perform probing. The device should adjust the requested values
426          * according to its capabilities. However, some devices, namely the
427          * first generation UVC Logitech webcams, don't implement the Video
428          * Probe control properly, and just return the needed bandwidth. For
429          * that reason, if the needed bandwidth exceeds the maximum available
430          * bandwidth, try to lower the quality.
431          */
432         ret = uvc_set_video_ctrl(stream, probe, 1);
433         if (ret < 0)
434                 goto done;
435
436         /* Get the minimum and maximum values for compression settings. */
437         if (!(stream->dev->quirks & UVC_QUIRK_PROBE_MINMAX)) {
438                 ret = uvc_get_video_ctrl(stream, &probe_min, 1, UVC_GET_MIN);
439                 if (ret < 0)
440                         goto done;
441                 ret = uvc_get_video_ctrl(stream, &probe_max, 1, UVC_GET_MAX);
442                 if (ret < 0)
443                         goto done;
444
445                 probe->wCompQuality = probe_max.wCompQuality;
446         }
447
448         for (i = 0; i < 2; ++i) {
449                 ret = uvc_set_video_ctrl(stream, probe, 1);
450                 if (ret < 0)
451                         goto done;
452                 ret = uvc_get_video_ctrl(stream, probe, 1, UVC_GET_CUR);
453                 if (ret < 0)
454                         goto done;
455
456                 if (stream->intf->num_altsetting == 1)
457                         break;
458
459                 if (probe->dwMaxPayloadTransferSize <= stream->maxpsize)
460                         break;
461
462                 if (stream->dev->quirks & UVC_QUIRK_PROBE_MINMAX) {
463                         ret = -ENOSPC;
464                         goto done;
465                 }
466
467                 /* TODO: negotiate compression parameters */
468                 probe->wKeyFrameRate = probe_min.wKeyFrameRate;
469                 probe->wPFrameRate = probe_min.wPFrameRate;
470                 probe->wCompQuality = probe_max.wCompQuality;
471                 probe->wCompWindowSize = probe_min.wCompWindowSize;
472         }
473
474 done:
475         return ret;
476 }
477
478 static int uvc_commit_video(struct uvc_streaming *stream,
479                             struct uvc_streaming_control *probe)
480 {
481         return uvc_set_video_ctrl(stream, probe, 0);
482 }
483
484 /* -----------------------------------------------------------------------------
485  * Clocks and timestamps
486  */
487
488 static inline ktime_t uvc_video_get_time(void)
489 {
490         if (uvc_clock_param == CLOCK_MONOTONIC)
491                 return ktime_get();
492         else
493                 return ktime_get_real();
494 }
495
496 static void uvc_video_clock_add_sample(struct uvc_clock *clock,
497                                        const struct uvc_clock_sample *sample)
498 {
499         unsigned long flags;
500
501         /*
502          * If we write new data on the position where we had the last
503          * overflow, remove the overflow pointer. There is no SOF overflow
504          * in the whole circular buffer.
505          */
506         if (clock->head == clock->last_sof_overflow)
507                 clock->last_sof_overflow = -1;
508
509         spin_lock_irqsave(&clock->lock, flags);
510
511         if (clock->count > 0 && clock->last_sof > sample->dev_sof) {
512                 /*
513                  * Remove data from the circular buffer that is older than the
514                  * last SOF overflow. We only support one SOF overflow per
515                  * circular buffer.
516                  */
517                 if (clock->last_sof_overflow != -1)
518                         clock->count = (clock->head - clock->last_sof_overflow
519                                         + clock->size) % clock->size;
520                 clock->last_sof_overflow = clock->head;
521         }
522
523         /* Add sample. */
524         clock->samples[clock->head] = *sample;
525         clock->head = (clock->head + 1) % clock->size;
526         clock->count = min(clock->count + 1, clock->size);
527
528         spin_unlock_irqrestore(&clock->lock, flags);
529 }
530
531 static void
532 uvc_video_clock_decode(struct uvc_streaming *stream, struct uvc_buffer *buf,
533                        const u8 *data, int len)
534 {
535         struct uvc_clock_sample sample;
536         unsigned int header_size;
537         bool has_pts = false;
538         bool has_scr = false;
539
540         switch (data[1] & (UVC_STREAM_PTS | UVC_STREAM_SCR)) {
541         case UVC_STREAM_PTS | UVC_STREAM_SCR:
542                 header_size = 12;
543                 has_pts = true;
544                 has_scr = true;
545                 break;
546         case UVC_STREAM_PTS:
547                 header_size = 6;
548                 has_pts = true;
549                 break;
550         case UVC_STREAM_SCR:
551                 header_size = 8;
552                 has_scr = true;
553                 break;
554         default:
555                 header_size = 2;
556                 break;
557         }
558
559         /* Check for invalid headers. */
560         if (len < header_size)
561                 return;
562
563         /*
564          * Extract the timestamps:
565          *
566          * - store the frame PTS in the buffer structure
567          * - if the SCR field is present, retrieve the host SOF counter and
568          *   kernel timestamps and store them with the SCR STC and SOF fields
569          *   in the ring buffer
570          */
571         if (has_pts && buf != NULL)
572                 buf->pts = get_unaligned_le32(&data[2]);
573
574         if (!has_scr)
575                 return;
576
577         /*
578          * To limit the amount of data, drop SCRs with an SOF identical to the
579          * previous one. This filtering is also needed to support UVC 1.5, where
580          * all the data packets of the same frame contains the same SOF. In that
581          * case only the first one will match the host_sof.
582          */
583         sample.dev_sof = get_unaligned_le16(&data[header_size - 2]);
584         if (sample.dev_sof == stream->clock.last_sof)
585                 return;
586
587         sample.dev_stc = get_unaligned_le32(&data[header_size - 6]);
588
589         /*
590          * STC (Source Time Clock) is the clock used by the camera. The UVC 1.5
591          * standard states that it "must be captured when the first video data
592          * of a video frame is put on the USB bus". This is generally understood
593          * as requiring devices to clear the payload header's SCR bit before
594          * the first packet containing video data.
595          *
596          * Most vendors follow that interpretation, but some (namely SunplusIT
597          * on some devices) always set the `UVC_STREAM_SCR` bit, fill the SCR
598          * field with 0's,and expect that the driver only processes the SCR if
599          * there is data in the packet.
600          *
601          * Ignore all the hardware timestamp information if we haven't received
602          * any data for this frame yet, the packet contains no data, and both
603          * STC and SOF are zero. This heuristics should be safe on compliant
604          * devices. This should be safe with compliant devices, as in the very
605          * unlikely case where a UVC 1.1 device would send timing information
606          * only before the first packet containing data, and both STC and SOF
607          * happen to be zero for a particular frame, we would only miss one
608          * clock sample from many and the clock recovery algorithm wouldn't
609          * suffer from this condition.
610          */
611         if (buf && buf->bytesused == 0 && len == header_size &&
612             sample.dev_stc == 0 && sample.dev_sof == 0)
613                 return;
614
615         sample.host_sof = usb_get_current_frame_number(stream->dev->udev);
616
617         /*
618          * On some devices, like the Logitech C922, the device SOF does not run
619          * at a stable rate of 1kHz. For those devices use the host SOF instead.
620          * In the tests performed so far, this improves the timestamp precision.
621          * This is probably explained by a small packet handling jitter from the
622          * host, but the exact reason hasn't been fully determined.
623          */
624         if (stream->dev->quirks & UVC_QUIRK_INVALID_DEVICE_SOF)
625                 sample.dev_sof = sample.host_sof;
626
627         sample.host_time = uvc_video_get_time();
628
629         /*
630          * The UVC specification allows device implementations that can't obtain
631          * the USB frame number to keep their own frame counters as long as they
632          * match the size and frequency of the frame number associated with USB
633          * SOF tokens. The SOF values sent by such devices differ from the USB
634          * SOF tokens by a fixed offset that needs to be estimated and accounted
635          * for to make timestamp recovery as accurate as possible.
636          *
637          * The offset is estimated the first time a device SOF value is received
638          * as the difference between the host and device SOF values. As the two
639          * SOF values can differ slightly due to transmission delays, consider
640          * that the offset is null if the difference is not higher than 10 ms
641          * (negative differences can not happen and are thus considered as an
642          * offset). The video commit control wDelay field should be used to
643          * compute a dynamic threshold instead of using a fixed 10 ms value, but
644          * devices don't report reliable wDelay values.
645          *
646          * See uvc_video_clock_host_sof() for an explanation regarding why only
647          * the 8 LSBs of the delta are kept.
648          */
649         if (stream->clock.sof_offset == (u16)-1) {
650                 u16 delta_sof = (sample.host_sof - sample.dev_sof) & 255;
651                 if (delta_sof >= 10)
652                         stream->clock.sof_offset = delta_sof;
653                 else
654                         stream->clock.sof_offset = 0;
655         }
656
657         sample.dev_sof = (sample.dev_sof + stream->clock.sof_offset) & 2047;
658         uvc_video_clock_add_sample(&stream->clock, &sample);
659         stream->clock.last_sof = sample.dev_sof;
660 }
661
662 static void uvc_video_clock_reset(struct uvc_clock *clock)
663 {
664         clock->head = 0;
665         clock->count = 0;
666         clock->last_sof = -1;
667         clock->last_sof_overflow = -1;
668         clock->sof_offset = -1;
669 }
670
671 static int uvc_video_clock_init(struct uvc_clock *clock)
672 {
673         spin_lock_init(&clock->lock);
674         clock->size = 32;
675
676         clock->samples = kmalloc_array(clock->size, sizeof(*clock->samples),
677                                        GFP_KERNEL);
678         if (clock->samples == NULL)
679                 return -ENOMEM;
680
681         uvc_video_clock_reset(clock);
682
683         return 0;
684 }
685
686 static void uvc_video_clock_cleanup(struct uvc_clock *clock)
687 {
688         kfree(clock->samples);
689         clock->samples = NULL;
690 }
691
692 /*
693  * uvc_video_clock_host_sof - Return the host SOF value for a clock sample
694  *
695  * Host SOF counters reported by usb_get_current_frame_number() usually don't
696  * cover the whole 11-bits SOF range (0-2047) but are limited to the HCI frame
697  * schedule window. They can be limited to 8, 9 or 10 bits depending on the host
698  * controller and its configuration.
699  *
700  * We thus need to recover the SOF value corresponding to the host frame number.
701  * As the device and host frame numbers are sampled in a short interval, the
702  * difference between their values should be equal to a small delta plus an
703  * integer multiple of 256 caused by the host frame number limited precision.
704  *
705  * To obtain the recovered host SOF value, compute the small delta by masking
706  * the high bits of the host frame counter and device SOF difference and add it
707  * to the device SOF value.
708  */
709 static u16 uvc_video_clock_host_sof(const struct uvc_clock_sample *sample)
710 {
711         /* The delta value can be negative. */
712         s8 delta_sof;
713
714         delta_sof = (sample->host_sof - sample->dev_sof) & 255;
715
716         return (sample->dev_sof + delta_sof) & 2047;
717 }
718
719 /*
720  * uvc_video_clock_update - Update the buffer timestamp
721  *
722  * This function converts the buffer PTS timestamp to the host clock domain by
723  * going through the USB SOF clock domain and stores the result in the V4L2
724  * buffer timestamp field.
725  *
726  * The relationship between the device clock and the host clock isn't known.
727  * However, the device and the host share the common USB SOF clock which can be
728  * used to recover that relationship.
729  *
730  * The relationship between the device clock and the USB SOF clock is considered
731  * to be linear over the clock samples sliding window and is given by
732  *
733  * SOF = m * PTS + p
734  *
735  * Several methods to compute the slope (m) and intercept (p) can be used. As
736  * the clock drift should be small compared to the sliding window size, we
737  * assume that the line that goes through the points at both ends of the window
738  * is a good approximation. Naming those points P1 and P2, we get
739  *
740  * SOF = (SOF2 - SOF1) / (STC2 - STC1) * PTS
741  *     + (SOF1 * STC2 - SOF2 * STC1) / (STC2 - STC1)
742  *
743  * or
744  *
745  * SOF = ((SOF2 - SOF1) * PTS + SOF1 * STC2 - SOF2 * STC1) / (STC2 - STC1)   (1)
746  *
747  * to avoid losing precision in the division. Similarly, the host timestamp is
748  * computed with
749  *
750  * TS = ((TS2 - TS1) * SOF + TS1 * SOF2 - TS2 * SOF1) / (SOF2 - SOF1)        (2)
751  *
752  * SOF values are coded on 11 bits by USB. We extend their precision with 16
753  * decimal bits, leading to a 11.16 coding.
754  *
755  * TODO: To avoid surprises with device clock values, PTS/STC timestamps should
756  * be normalized using the nominal device clock frequency reported through the
757  * UVC descriptors.
758  *
759  * Both the PTS/STC and SOF counters roll over, after a fixed but device
760  * specific amount of time for PTS/STC and after 2048ms for SOF. As long as the
761  * sliding window size is smaller than the rollover period, differences computed
762  * on unsigned integers will produce the correct result. However, the p term in
763  * the linear relations will be miscomputed.
764  *
765  * To fix the issue, we subtract a constant from the PTS and STC values to bring
766  * PTS to half the 32 bit STC range. The sliding window STC values then fit into
767  * the 32 bit range without any rollover.
768  *
769  * Similarly, we add 2048 to the device SOF values to make sure that the SOF
770  * computed by (1) will never be smaller than 0. This offset is then compensated
771  * by adding 2048 to the SOF values used in (2). However, this doesn't prevent
772  * rollovers between (1) and (2): the SOF value computed by (1) can be slightly
773  * lower than 4096, and the host SOF counters can have rolled over to 2048. This
774  * case is handled by subtracting 2048 from the SOF value if it exceeds the host
775  * SOF value at the end of the sliding window.
776  *
777  * Finally we subtract a constant from the host timestamps to bring the first
778  * timestamp of the sliding window to 1s.
779  */
780 void uvc_video_clock_update(struct uvc_streaming *stream,
781                             struct vb2_v4l2_buffer *vbuf,
782                             struct uvc_buffer *buf)
783 {
784         struct uvc_clock *clock = &stream->clock;
785         struct uvc_clock_sample *first;
786         struct uvc_clock_sample *last;
787         unsigned long flags;
788         u64 timestamp;
789         u32 delta_stc;
790         u32 y1;
791         u32 x1, x2;
792         u32 mean;
793         u32 sof;
794         u64 y, y2;
795
796         if (!uvc_hw_timestamps_param)
797                 return;
798
799         /*
800          * We will get called from __vb2_queue_cancel() if there are buffers
801          * done but not dequeued by the user, but the sample array has already
802          * been released at that time. Just bail out in that case.
803          */
804         if (!clock->samples)
805                 return;
806
807         spin_lock_irqsave(&clock->lock, flags);
808
809         if (clock->count < 2)
810                 goto done;
811
812         first = &clock->samples[(clock->head - clock->count + clock->size) % clock->size];
813         last = &clock->samples[(clock->head - 1 + clock->size) % clock->size];
814
815         /* First step, PTS to SOF conversion. */
816         delta_stc = buf->pts - (1UL << 31);
817         x1 = first->dev_stc - delta_stc;
818         x2 = last->dev_stc - delta_stc;
819         if (x1 == x2)
820                 goto done;
821
822         y1 = (first->dev_sof + 2048) << 16;
823         y2 = (last->dev_sof + 2048) << 16;
824         if (y2 < y1)
825                 y2 += 2048 << 16;
826
827         /*
828          * Have at least 1/4 of a second of timestamps before we
829          * try to do any calculation. Otherwise we do not have enough
830          * precision. This value was determined by running Android CTS
831          * on different devices.
832          *
833          * dev_sof runs at 1KHz, and we have a fixed point precision of
834          * 16 bits.
835          */
836         if ((y2 - y1) < ((1000 / 4) << 16))
837                 goto done;
838
839         y = (u64)(y2 - y1) * (1ULL << 31) + (u64)y1 * (u64)x2
840           - (u64)y2 * (u64)x1;
841         y = div_u64(y, x2 - x1);
842
843         sof = y;
844
845         uvc_dbg(stream->dev, CLOCK,
846                 "%s: PTS %u y %llu.%06llu SOF %u.%06llu (x1 %u x2 %u y1 %u y2 %llu SOF offset %u)\n",
847                 stream->dev->name, buf->pts,
848                 y >> 16, div_u64((y & 0xffff) * 1000000, 65536),
849                 sof >> 16, div_u64(((u64)sof & 0xffff) * 1000000LLU, 65536),
850                 x1, x2, y1, y2, clock->sof_offset);
851
852         /* Second step, SOF to host clock conversion. */
853         x1 = (uvc_video_clock_host_sof(first) + 2048) << 16;
854         x2 = (uvc_video_clock_host_sof(last) + 2048) << 16;
855         if (x2 < x1)
856                 x2 += 2048 << 16;
857         if (x1 == x2)
858                 goto done;
859
860         y1 = NSEC_PER_SEC;
861         y2 = ktime_to_ns(ktime_sub(last->host_time, first->host_time)) + y1;
862
863         /*
864          * Interpolated and host SOF timestamps can wrap around at slightly
865          * different times. Handle this by adding or removing 2048 to or from
866          * the computed SOF value to keep it close to the SOF samples mean
867          * value.
868          */
869         mean = (x1 + x2) / 2;
870         if (mean - (1024 << 16) > sof)
871                 sof += 2048 << 16;
872         else if (sof > mean + (1024 << 16))
873                 sof -= 2048 << 16;
874
875         y = (u64)(y2 - y1) * (u64)sof + (u64)y1 * (u64)x2
876           - (u64)y2 * (u64)x1;
877         y = div_u64(y, x2 - x1);
878
879         timestamp = ktime_to_ns(first->host_time) + y - y1;
880
881         uvc_dbg(stream->dev, CLOCK,
882                 "%s: SOF %u.%06llu y %llu ts %llu buf ts %llu (x1 %u/%u/%u x2 %u/%u/%u y1 %u y2 %llu)\n",
883                 stream->dev->name,
884                 sof >> 16, div_u64(((u64)sof & 0xffff) * 1000000LLU, 65536),
885                 y, timestamp, vbuf->vb2_buf.timestamp,
886                 x1, first->host_sof, first->dev_sof,
887                 x2, last->host_sof, last->dev_sof, y1, y2);
888
889         /* Update the V4L2 buffer. */
890         vbuf->vb2_buf.timestamp = timestamp;
891
892 done:
893         spin_unlock_irqrestore(&clock->lock, flags);
894 }
895
896 /* ------------------------------------------------------------------------
897  * Stream statistics
898  */
899
900 static void uvc_video_stats_decode(struct uvc_streaming *stream,
901                 const u8 *data, int len)
902 {
903         unsigned int header_size;
904         bool has_pts = false;
905         bool has_scr = false;
906         u16 scr_sof;
907         u32 scr_stc;
908         u32 pts;
909
910         if (stream->stats.stream.nb_frames == 0 &&
911             stream->stats.frame.nb_packets == 0)
912                 stream->stats.stream.start_ts = ktime_get();
913
914         switch (data[1] & (UVC_STREAM_PTS | UVC_STREAM_SCR)) {
915         case UVC_STREAM_PTS | UVC_STREAM_SCR:
916                 header_size = 12;
917                 has_pts = true;
918                 has_scr = true;
919                 break;
920         case UVC_STREAM_PTS:
921                 header_size = 6;
922                 has_pts = true;
923                 break;
924         case UVC_STREAM_SCR:
925                 header_size = 8;
926                 has_scr = true;
927                 break;
928         default:
929                 header_size = 2;
930                 break;
931         }
932
933         /* Check for invalid headers. */
934         if (len < header_size || data[0] < header_size) {
935                 stream->stats.frame.nb_invalid++;
936                 return;
937         }
938
939         /* Extract the timestamps. */
940         if (has_pts)
941                 pts = get_unaligned_le32(&data[2]);
942
943         if (has_scr) {
944                 scr_stc = get_unaligned_le32(&data[header_size - 6]);
945                 scr_sof = get_unaligned_le16(&data[header_size - 2]);
946         }
947
948         /* Is PTS constant through the whole frame ? */
949         if (has_pts && stream->stats.frame.nb_pts) {
950                 if (stream->stats.frame.pts != pts) {
951                         stream->stats.frame.nb_pts_diffs++;
952                         stream->stats.frame.last_pts_diff =
953                                 stream->stats.frame.nb_packets;
954                 }
955         }
956
957         if (has_pts) {
958                 stream->stats.frame.nb_pts++;
959                 stream->stats.frame.pts = pts;
960         }
961
962         /*
963          * Do all frames have a PTS in their first non-empty packet, or before
964          * their first empty packet ?
965          */
966         if (stream->stats.frame.size == 0) {
967                 if (len > header_size)
968                         stream->stats.frame.has_initial_pts = has_pts;
969                 if (len == header_size && has_pts)
970                         stream->stats.frame.has_early_pts = true;
971         }
972
973         /* Do the SCR.STC and SCR.SOF fields vary through the frame ? */
974         if (has_scr && stream->stats.frame.nb_scr) {
975                 if (stream->stats.frame.scr_stc != scr_stc)
976                         stream->stats.frame.nb_scr_diffs++;
977         }
978
979         if (has_scr) {
980                 /* Expand the SOF counter to 32 bits and store its value. */
981                 if (stream->stats.stream.nb_frames > 0 ||
982                     stream->stats.frame.nb_scr > 0)
983                         stream->stats.stream.scr_sof_count +=
984                                 (scr_sof - stream->stats.stream.scr_sof) % 2048;
985                 stream->stats.stream.scr_sof = scr_sof;
986
987                 stream->stats.frame.nb_scr++;
988                 stream->stats.frame.scr_stc = scr_stc;
989                 stream->stats.frame.scr_sof = scr_sof;
990
991                 if (scr_sof < stream->stats.stream.min_sof)
992                         stream->stats.stream.min_sof = scr_sof;
993                 if (scr_sof > stream->stats.stream.max_sof)
994                         stream->stats.stream.max_sof = scr_sof;
995         }
996
997         /* Record the first non-empty packet number. */
998         if (stream->stats.frame.size == 0 && len > header_size)
999                 stream->stats.frame.first_data = stream->stats.frame.nb_packets;
1000
1001         /* Update the frame size. */
1002         stream->stats.frame.size += len - header_size;
1003
1004         /* Update the packets counters. */
1005         stream->stats.frame.nb_packets++;
1006         if (len <= header_size)
1007                 stream->stats.frame.nb_empty++;
1008
1009         if (data[1] & UVC_STREAM_ERR)
1010                 stream->stats.frame.nb_errors++;
1011 }
1012
1013 static void uvc_video_stats_update(struct uvc_streaming *stream)
1014 {
1015         struct uvc_stats_frame *frame = &stream->stats.frame;
1016
1017         uvc_dbg(stream->dev, STATS,
1018                 "frame %u stats: %u/%u/%u packets, %u/%u/%u pts (%searly %sinitial), %u/%u scr, last pts/stc/sof %u/%u/%u\n",
1019                 stream->sequence, frame->first_data,
1020                 frame->nb_packets - frame->nb_empty, frame->nb_packets,
1021                 frame->nb_pts_diffs, frame->last_pts_diff, frame->nb_pts,
1022                 frame->has_early_pts ? "" : "!",
1023                 frame->has_initial_pts ? "" : "!",
1024                 frame->nb_scr_diffs, frame->nb_scr,
1025                 frame->pts, frame->scr_stc, frame->scr_sof);
1026
1027         stream->stats.stream.nb_frames++;
1028         stream->stats.stream.nb_packets += stream->stats.frame.nb_packets;
1029         stream->stats.stream.nb_empty += stream->stats.frame.nb_empty;
1030         stream->stats.stream.nb_errors += stream->stats.frame.nb_errors;
1031         stream->stats.stream.nb_invalid += stream->stats.frame.nb_invalid;
1032
1033         if (frame->has_early_pts)
1034                 stream->stats.stream.nb_pts_early++;
1035         if (frame->has_initial_pts)
1036                 stream->stats.stream.nb_pts_initial++;
1037         if (frame->last_pts_diff <= frame->first_data)
1038                 stream->stats.stream.nb_pts_constant++;
1039         if (frame->nb_scr >= frame->nb_packets - frame->nb_empty)
1040                 stream->stats.stream.nb_scr_count_ok++;
1041         if (frame->nb_scr_diffs + 1 == frame->nb_scr)
1042                 stream->stats.stream.nb_scr_diffs_ok++;
1043
1044         memset(&stream->stats.frame, 0, sizeof(stream->stats.frame));
1045 }
1046
1047 size_t uvc_video_stats_dump(struct uvc_streaming *stream, char *buf,
1048                             size_t size)
1049 {
1050         unsigned int scr_sof_freq;
1051         unsigned int duration;
1052         size_t count = 0;
1053
1054         /*
1055          * Compute the SCR.SOF frequency estimate. At the nominal 1kHz SOF
1056          * frequency this will not overflow before more than 1h.
1057          */
1058         duration = ktime_ms_delta(stream->stats.stream.stop_ts,
1059                                   stream->stats.stream.start_ts);
1060         if (duration != 0)
1061                 scr_sof_freq = stream->stats.stream.scr_sof_count * 1000
1062                              / duration;
1063         else
1064                 scr_sof_freq = 0;
1065
1066         count += scnprintf(buf + count, size - count,
1067                            "frames:  %u\npackets: %u\nempty:   %u\n"
1068                            "errors:  %u\ninvalid: %u\n",
1069                            stream->stats.stream.nb_frames,
1070                            stream->stats.stream.nb_packets,
1071                            stream->stats.stream.nb_empty,
1072                            stream->stats.stream.nb_errors,
1073                            stream->stats.stream.nb_invalid);
1074         count += scnprintf(buf + count, size - count,
1075                            "pts: %u early, %u initial, %u ok\n",
1076                            stream->stats.stream.nb_pts_early,
1077                            stream->stats.stream.nb_pts_initial,
1078                            stream->stats.stream.nb_pts_constant);
1079         count += scnprintf(buf + count, size - count,
1080                            "scr: %u count ok, %u diff ok\n",
1081                            stream->stats.stream.nb_scr_count_ok,
1082                            stream->stats.stream.nb_scr_diffs_ok);
1083         count += scnprintf(buf + count, size - count,
1084                            "sof: %u <= sof <= %u, freq %u.%03u kHz\n",
1085                            stream->stats.stream.min_sof,
1086                            stream->stats.stream.max_sof,
1087                            scr_sof_freq / 1000, scr_sof_freq % 1000);
1088
1089         return count;
1090 }
1091
1092 static void uvc_video_stats_start(struct uvc_streaming *stream)
1093 {
1094         memset(&stream->stats, 0, sizeof(stream->stats));
1095         stream->stats.stream.min_sof = 2048;
1096 }
1097
1098 static void uvc_video_stats_stop(struct uvc_streaming *stream)
1099 {
1100         stream->stats.stream.stop_ts = ktime_get();
1101 }
1102
1103 /* ------------------------------------------------------------------------
1104  * Video codecs
1105  */
1106
1107 /*
1108  * Video payload decoding is handled by uvc_video_decode_start(),
1109  * uvc_video_decode_data() and uvc_video_decode_end().
1110  *
1111  * uvc_video_decode_start is called with URB data at the start of a bulk or
1112  * isochronous payload. It processes header data and returns the header size
1113  * in bytes if successful. If an error occurs, it returns a negative error
1114  * code. The following error codes have special meanings.
1115  *
1116  * - EAGAIN informs the caller that the current video buffer should be marked
1117  *   as done, and that the function should be called again with the same data
1118  *   and a new video buffer. This is used when end of frame conditions can be
1119  *   reliably detected at the beginning of the next frame only.
1120  *
1121  * If an error other than -EAGAIN is returned, the caller will drop the current
1122  * payload. No call to uvc_video_decode_data and uvc_video_decode_end will be
1123  * made until the next payload. -ENODATA can be used to drop the current
1124  * payload if no other error code is appropriate.
1125  *
1126  * uvc_video_decode_data is called for every URB with URB data. It copies the
1127  * data to the video buffer.
1128  *
1129  * uvc_video_decode_end is called with header data at the end of a bulk or
1130  * isochronous payload. It performs any additional header data processing and
1131  * returns 0 or a negative error code if an error occurred. As header data have
1132  * already been processed by uvc_video_decode_start, this functions isn't
1133  * required to perform sanity checks a second time.
1134  *
1135  * For isochronous transfers where a payload is always transferred in a single
1136  * URB, the three functions will be called in a row.
1137  *
1138  * To let the decoder process header data and update its internal state even
1139  * when no video buffer is available, uvc_video_decode_start must be prepared
1140  * to be called with a NULL buf parameter. uvc_video_decode_data and
1141  * uvc_video_decode_end will never be called with a NULL buffer.
1142  */
1143 static int uvc_video_decode_start(struct uvc_streaming *stream,
1144                 struct uvc_buffer *buf, const u8 *data, int len)
1145 {
1146         u8 header_len;
1147         u8 fid;
1148
1149         /*
1150          * Sanity checks:
1151          * - packet must be at least 2 bytes long
1152          * - bHeaderLength value must be at least 2 bytes (see above)
1153          * - bHeaderLength value can't be larger than the packet size.
1154          */
1155         if (len < 2 || data[0] < 2 || data[0] > len) {
1156                 stream->stats.frame.nb_invalid++;
1157                 return -EINVAL;
1158         }
1159
1160         header_len = data[0];
1161         fid = data[1] & UVC_STREAM_FID;
1162
1163         /*
1164          * Increase the sequence number regardless of any buffer states, so
1165          * that discontinuous sequence numbers always indicate lost frames.
1166          */
1167         if (stream->last_fid != fid) {
1168                 stream->sequence++;
1169                 if (stream->sequence)
1170                         uvc_video_stats_update(stream);
1171         }
1172
1173         uvc_video_clock_decode(stream, buf, data, len);
1174         uvc_video_stats_decode(stream, data, len);
1175
1176         /*
1177          * Store the payload FID bit and return immediately when the buffer is
1178          * NULL.
1179          */
1180         if (buf == NULL) {
1181                 stream->last_fid = fid;
1182                 return -ENODATA;
1183         }
1184
1185         /* Mark the buffer as bad if the error bit is set. */
1186         if (data[1] & UVC_STREAM_ERR) {
1187                 uvc_dbg(stream->dev, FRAME,
1188                         "Marking buffer as bad (error bit set)\n");
1189                 buf->error = 1;
1190         }
1191
1192         /*
1193          * Synchronize to the input stream by waiting for the FID bit to be
1194          * toggled when the buffer state is not UVC_BUF_STATE_ACTIVE.
1195          * stream->last_fid is initialized to -1, so the first isochronous
1196          * frame will always be in sync.
1197          *
1198          * If the device doesn't toggle the FID bit, invert stream->last_fid
1199          * when the EOF bit is set to force synchronisation on the next packet.
1200          */
1201         if (buf->state != UVC_BUF_STATE_ACTIVE) {
1202                 if (fid == stream->last_fid) {
1203                         uvc_dbg(stream->dev, FRAME,
1204                                 "Dropping payload (out of sync)\n");
1205                         if ((stream->dev->quirks & UVC_QUIRK_STREAM_NO_FID) &&
1206                             (data[1] & UVC_STREAM_EOF))
1207                                 stream->last_fid ^= UVC_STREAM_FID;
1208                         return -ENODATA;
1209                 }
1210
1211                 buf->buf.field = V4L2_FIELD_NONE;
1212                 buf->buf.sequence = stream->sequence;
1213                 buf->buf.vb2_buf.timestamp = ktime_to_ns(uvc_video_get_time());
1214
1215                 /* TODO: Handle PTS and SCR. */
1216                 buf->state = UVC_BUF_STATE_ACTIVE;
1217         }
1218
1219         /*
1220          * Mark the buffer as done if we're at the beginning of a new frame.
1221          * End of frame detection is better implemented by checking the EOF
1222          * bit (FID bit toggling is delayed by one frame compared to the EOF
1223          * bit), but some devices don't set the bit at end of frame (and the
1224          * last payload can be lost anyway). We thus must check if the FID has
1225          * been toggled.
1226          *
1227          * stream->last_fid is initialized to -1, so the first isochronous
1228          * frame will never trigger an end of frame detection.
1229          *
1230          * Empty buffers (bytesused == 0) don't trigger end of frame detection
1231          * as it doesn't make sense to return an empty buffer. This also
1232          * avoids detecting end of frame conditions at FID toggling if the
1233          * previous payload had the EOF bit set.
1234          */
1235         if (fid != stream->last_fid && buf->bytesused != 0) {
1236                 uvc_dbg(stream->dev, FRAME,
1237                         "Frame complete (FID bit toggled)\n");
1238                 buf->state = UVC_BUF_STATE_READY;
1239                 return -EAGAIN;
1240         }
1241
1242         /*
1243          * Some cameras, when running two parallel streams (one MJPEG alongside
1244          * another non-MJPEG stream), are known to lose the EOF packet for a frame.
1245          * We can detect the end of a frame by checking for a new SOI marker, as
1246          * the SOI always lies on the packet boundary between two frames for
1247          * these devices.
1248          */
1249         if (stream->dev->quirks & UVC_QUIRK_MJPEG_NO_EOF &&
1250             (stream->cur_format->fcc == V4L2_PIX_FMT_MJPEG ||
1251             stream->cur_format->fcc == V4L2_PIX_FMT_JPEG)) {
1252                 const u8 *packet = data + header_len;
1253
1254                 if (len >= header_len + 2 &&
1255                     packet[0] == 0xff && packet[1] == JPEG_MARKER_SOI &&
1256                     buf->bytesused != 0) {
1257                         buf->state = UVC_BUF_STATE_READY;
1258                         buf->error = 1;
1259                         stream->last_fid ^= UVC_STREAM_FID;
1260                         return -EAGAIN;
1261                 }
1262         }
1263
1264         stream->last_fid = fid;
1265
1266         return header_len;
1267 }
1268
1269 static inline enum dma_data_direction uvc_stream_dir(
1270                                 struct uvc_streaming *stream)
1271 {
1272         if (stream->type == V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE)
1273                 return DMA_FROM_DEVICE;
1274         else
1275                 return DMA_TO_DEVICE;
1276 }
1277
1278 static inline struct device *uvc_stream_to_dmadev(struct uvc_streaming *stream)
1279 {
1280         return bus_to_hcd(stream->dev->udev->bus)->self.sysdev;
1281 }
1282
1283 static int uvc_submit_urb(struct uvc_urb *uvc_urb, gfp_t mem_flags)
1284 {
1285         /* Sync DMA. */
1286         dma_sync_sgtable_for_device(uvc_stream_to_dmadev(uvc_urb->stream),
1287                                     uvc_urb->sgt,
1288                                     uvc_stream_dir(uvc_urb->stream));
1289         return usb_submit_urb(uvc_urb->urb, mem_flags);
1290 }
1291
1292 /*
1293  * uvc_video_decode_data_work: Asynchronous memcpy processing
1294  *
1295  * Copy URB data to video buffers in process context, releasing buffer
1296  * references and requeuing the URB when done.
1297  */
1298 static void uvc_video_copy_data_work(struct work_struct *work)
1299 {
1300         struct uvc_urb *uvc_urb = container_of(work, struct uvc_urb, work);
1301         unsigned int i;
1302         int ret;
1303
1304         for (i = 0; i < uvc_urb->async_operations; i++) {
1305                 struct uvc_copy_op *op = &uvc_urb->copy_operations[i];
1306
1307                 memcpy(op->dst, op->src, op->len);
1308
1309                 /* Release reference taken on this buffer. */
1310                 uvc_queue_buffer_release(op->buf);
1311         }
1312
1313         ret = uvc_submit_urb(uvc_urb, GFP_KERNEL);
1314         if (ret < 0)
1315                 dev_err(&uvc_urb->stream->intf->dev,
1316                         "Failed to resubmit video URB (%d).\n", ret);
1317 }
1318
1319 static void uvc_video_decode_data(struct uvc_urb *uvc_urb,
1320                 struct uvc_buffer *buf, const u8 *data, int len)
1321 {
1322         unsigned int active_op = uvc_urb->async_operations;
1323         struct uvc_copy_op *op = &uvc_urb->copy_operations[active_op];
1324         unsigned int maxlen;
1325
1326         if (len <= 0)
1327                 return;
1328
1329         maxlen = buf->length - buf->bytesused;
1330
1331         /* Take a buffer reference for async work. */
1332         kref_get(&buf->ref);
1333
1334         op->buf = buf;
1335         op->src = data;
1336         op->dst = buf->mem + buf->bytesused;
1337         op->len = min_t(unsigned int, len, maxlen);
1338
1339         buf->bytesused += op->len;
1340
1341         /* Complete the current frame if the buffer size was exceeded. */
1342         if (len > maxlen) {
1343                 uvc_dbg(uvc_urb->stream->dev, FRAME,
1344                         "Frame complete (overflow)\n");
1345                 buf->error = 1;
1346                 buf->state = UVC_BUF_STATE_READY;
1347         }
1348
1349         uvc_urb->async_operations++;
1350 }
1351
1352 static void uvc_video_decode_end(struct uvc_streaming *stream,
1353                 struct uvc_buffer *buf, const u8 *data, int len)
1354 {
1355         /* Mark the buffer as done if the EOF marker is set. */
1356         if (data[1] & UVC_STREAM_EOF && buf->bytesused != 0) {
1357                 uvc_dbg(stream->dev, FRAME, "Frame complete (EOF found)\n");
1358                 if (data[0] == len)
1359                         uvc_dbg(stream->dev, FRAME, "EOF in empty payload\n");
1360                 buf->state = UVC_BUF_STATE_READY;
1361                 if (stream->dev->quirks & UVC_QUIRK_STREAM_NO_FID)
1362                         stream->last_fid ^= UVC_STREAM_FID;
1363         }
1364 }
1365
1366 /*
1367  * Video payload encoding is handled by uvc_video_encode_header() and
1368  * uvc_video_encode_data(). Only bulk transfers are currently supported.
1369  *
1370  * uvc_video_encode_header is called at the start of a payload. It adds header
1371  * data to the transfer buffer and returns the header size. As the only known
1372  * UVC output device transfers a whole frame in a single payload, the EOF bit
1373  * is always set in the header.
1374  *
1375  * uvc_video_encode_data is called for every URB and copies the data from the
1376  * video buffer to the transfer buffer.
1377  */
1378 static int uvc_video_encode_header(struct uvc_streaming *stream,
1379                 struct uvc_buffer *buf, u8 *data, int len)
1380 {
1381         data[0] = 2;    /* Header length */
1382         data[1] = UVC_STREAM_EOH | UVC_STREAM_EOF
1383                 | (stream->last_fid & UVC_STREAM_FID);
1384         return 2;
1385 }
1386
1387 static int uvc_video_encode_data(struct uvc_streaming *stream,
1388                 struct uvc_buffer *buf, u8 *data, int len)
1389 {
1390         struct uvc_video_queue *queue = &stream->queue;
1391         unsigned int nbytes;
1392         void *mem;
1393
1394         /* Copy video data to the URB buffer. */
1395         mem = buf->mem + queue->buf_used;
1396         nbytes = min((unsigned int)len, buf->bytesused - queue->buf_used);
1397         nbytes = min(stream->bulk.max_payload_size - stream->bulk.payload_size,
1398                         nbytes);
1399         memcpy(data, mem, nbytes);
1400
1401         queue->buf_used += nbytes;
1402
1403         return nbytes;
1404 }
1405
1406 /* ------------------------------------------------------------------------
1407  * Metadata
1408  */
1409
1410 /*
1411  * Additionally to the payload headers we also want to provide the user with USB
1412  * Frame Numbers and system time values. The resulting buffer is thus composed
1413  * of blocks, containing a 64-bit timestamp in  nanoseconds, a 16-bit USB Frame
1414  * Number, and a copy of the payload header.
1415  *
1416  * Ideally we want to capture all payload headers for each frame. However, their
1417  * number is unknown and unbound. We thus drop headers that contain no vendor
1418  * data and that either contain no SCR value or an SCR value identical to the
1419  * previous header.
1420  */
1421 static void uvc_video_decode_meta(struct uvc_streaming *stream,
1422                                   struct uvc_buffer *meta_buf,
1423                                   const u8 *mem, unsigned int length)
1424 {
1425         struct uvc_meta_buf *meta;
1426         size_t len_std = 2;
1427         bool has_pts, has_scr;
1428         unsigned long flags;
1429         unsigned int sof;
1430         ktime_t time;
1431         const u8 *scr;
1432
1433         if (!meta_buf || length == 2)
1434                 return;
1435
1436         if (meta_buf->length - meta_buf->bytesused <
1437             length + sizeof(meta->ns) + sizeof(meta->sof)) {
1438                 meta_buf->error = 1;
1439                 return;
1440         }
1441
1442         has_pts = mem[1] & UVC_STREAM_PTS;
1443         has_scr = mem[1] & UVC_STREAM_SCR;
1444
1445         if (has_pts) {
1446                 len_std += 4;
1447                 scr = mem + 6;
1448         } else {
1449                 scr = mem + 2;
1450         }
1451
1452         if (has_scr)
1453                 len_std += 6;
1454
1455         if (stream->meta.format == V4L2_META_FMT_UVC)
1456                 length = len_std;
1457
1458         if (length == len_std && (!has_scr ||
1459                                   !memcmp(scr, stream->clock.last_scr, 6)))
1460                 return;
1461
1462         meta = (struct uvc_meta_buf *)((u8 *)meta_buf->mem + meta_buf->bytesused);
1463         local_irq_save(flags);
1464         time = uvc_video_get_time();
1465         sof = usb_get_current_frame_number(stream->dev->udev);
1466         local_irq_restore(flags);
1467         put_unaligned(ktime_to_ns(time), &meta->ns);
1468         put_unaligned(sof, &meta->sof);
1469
1470         if (has_scr)
1471                 memcpy(stream->clock.last_scr, scr, 6);
1472
1473         meta->length = mem[0];
1474         meta->flags  = mem[1];
1475         memcpy(meta->buf, &mem[2], length - 2);
1476         meta_buf->bytesused += length + sizeof(meta->ns) + sizeof(meta->sof);
1477
1478         uvc_dbg(stream->dev, FRAME,
1479                 "%s(): t-sys %lluns, SOF %u, len %u, flags 0x%x, PTS %u, STC %u frame SOF %u\n",
1480                 __func__, ktime_to_ns(time), meta->sof, meta->length,
1481                 meta->flags,
1482                 has_pts ? *(u32 *)meta->buf : 0,
1483                 has_scr ? *(u32 *)scr : 0,
1484                 has_scr ? *(u32 *)(scr + 4) & 0x7ff : 0);
1485 }
1486
1487 /* ------------------------------------------------------------------------
1488  * URB handling
1489  */
1490
1491 /*
1492  * Set error flag for incomplete buffer.
1493  */
1494 static void uvc_video_validate_buffer(const struct uvc_streaming *stream,
1495                                       struct uvc_buffer *buf)
1496 {
1497         if (stream->ctrl.dwMaxVideoFrameSize != buf->bytesused &&
1498             !(stream->cur_format->flags & UVC_FMT_FLAG_COMPRESSED))
1499                 buf->error = 1;
1500 }
1501
1502 /*
1503  * Completion handler for video URBs.
1504  */
1505
1506 static void uvc_video_next_buffers(struct uvc_streaming *stream,
1507                 struct uvc_buffer **video_buf, struct uvc_buffer **meta_buf)
1508 {
1509         uvc_video_validate_buffer(stream, *video_buf);
1510
1511         if (*meta_buf) {
1512                 struct vb2_v4l2_buffer *vb2_meta = &(*meta_buf)->buf;
1513                 const struct vb2_v4l2_buffer *vb2_video = &(*video_buf)->buf;
1514
1515                 vb2_meta->sequence = vb2_video->sequence;
1516                 vb2_meta->field = vb2_video->field;
1517                 vb2_meta->vb2_buf.timestamp = vb2_video->vb2_buf.timestamp;
1518
1519                 (*meta_buf)->state = UVC_BUF_STATE_READY;
1520                 if (!(*meta_buf)->error)
1521                         (*meta_buf)->error = (*video_buf)->error;
1522                 *meta_buf = uvc_queue_next_buffer(&stream->meta.queue,
1523                                                   *meta_buf);
1524         }
1525         *video_buf = uvc_queue_next_buffer(&stream->queue, *video_buf);
1526 }
1527
1528 static void uvc_video_decode_isoc(struct uvc_urb *uvc_urb,
1529                         struct uvc_buffer *buf, struct uvc_buffer *meta_buf)
1530 {
1531         struct urb *urb = uvc_urb->urb;
1532         struct uvc_streaming *stream = uvc_urb->stream;
1533         u8 *mem;
1534         int ret, i;
1535
1536         for (i = 0; i < urb->number_of_packets; ++i) {
1537                 if (urb->iso_frame_desc[i].status < 0) {
1538                         uvc_dbg(stream->dev, FRAME,
1539                                 "USB isochronous frame lost (%d)\n",
1540                                 urb->iso_frame_desc[i].status);
1541                         /* Mark the buffer as faulty. */
1542                         if (buf != NULL)
1543                                 buf->error = 1;
1544                         continue;
1545                 }
1546
1547                 /* Decode the payload header. */
1548                 mem = urb->transfer_buffer + urb->iso_frame_desc[i].offset;
1549                 do {
1550                         ret = uvc_video_decode_start(stream, buf, mem,
1551                                 urb->iso_frame_desc[i].actual_length);
1552                         if (ret == -EAGAIN)
1553                                 uvc_video_next_buffers(stream, &buf, &meta_buf);
1554                 } while (ret == -EAGAIN);
1555
1556                 if (ret < 0)
1557                         continue;
1558
1559                 uvc_video_decode_meta(stream, meta_buf, mem, ret);
1560
1561                 /* Decode the payload data. */
1562                 uvc_video_decode_data(uvc_urb, buf, mem + ret,
1563                         urb->iso_frame_desc[i].actual_length - ret);
1564
1565                 /* Process the header again. */
1566                 uvc_video_decode_end(stream, buf, mem,
1567                         urb->iso_frame_desc[i].actual_length);
1568
1569                 if (buf->state == UVC_BUF_STATE_READY)
1570                         uvc_video_next_buffers(stream, &buf, &meta_buf);
1571         }
1572 }
1573
1574 static void uvc_video_decode_bulk(struct uvc_urb *uvc_urb,
1575                         struct uvc_buffer *buf, struct uvc_buffer *meta_buf)
1576 {
1577         struct urb *urb = uvc_urb->urb;
1578         struct uvc_streaming *stream = uvc_urb->stream;
1579         u8 *mem;
1580         int len, ret;
1581
1582         /*
1583          * Ignore ZLPs if they're not part of a frame, otherwise process them
1584          * to trigger the end of payload detection.
1585          */
1586         if (urb->actual_length == 0 && stream->bulk.header_size == 0)
1587                 return;
1588
1589         mem = urb->transfer_buffer;
1590         len = urb->actual_length;
1591         stream->bulk.payload_size += len;
1592
1593         /*
1594          * If the URB is the first of its payload, decode and save the
1595          * header.
1596          */
1597         if (stream->bulk.header_size == 0 && !stream->bulk.skip_payload) {
1598                 do {
1599                         ret = uvc_video_decode_start(stream, buf, mem, len);
1600                         if (ret == -EAGAIN)
1601                                 uvc_video_next_buffers(stream, &buf, &meta_buf);
1602                 } while (ret == -EAGAIN);
1603
1604                 /* If an error occurred skip the rest of the payload. */
1605                 if (ret < 0 || buf == NULL) {
1606                         stream->bulk.skip_payload = 1;
1607                 } else {
1608                         memcpy(stream->bulk.header, mem, ret);
1609                         stream->bulk.header_size = ret;
1610
1611                         uvc_video_decode_meta(stream, meta_buf, mem, ret);
1612
1613                         mem += ret;
1614                         len -= ret;
1615                 }
1616         }
1617
1618         /*
1619          * The buffer queue might have been cancelled while a bulk transfer
1620          * was in progress, so we can reach here with buf equal to NULL. Make
1621          * sure buf is never dereferenced if NULL.
1622          */
1623
1624         /* Prepare video data for processing. */
1625         if (!stream->bulk.skip_payload && buf != NULL)
1626                 uvc_video_decode_data(uvc_urb, buf, mem, len);
1627
1628         /*
1629          * Detect the payload end by a URB smaller than the maximum size (or
1630          * a payload size equal to the maximum) and process the header again.
1631          */
1632         if (urb->actual_length < urb->transfer_buffer_length ||
1633             stream->bulk.payload_size >= stream->bulk.max_payload_size) {
1634                 if (!stream->bulk.skip_payload && buf != NULL) {
1635                         uvc_video_decode_end(stream, buf, stream->bulk.header,
1636                                 stream->bulk.payload_size);
1637                         if (buf->state == UVC_BUF_STATE_READY)
1638                                 uvc_video_next_buffers(stream, &buf, &meta_buf);
1639                 }
1640
1641                 stream->bulk.header_size = 0;
1642                 stream->bulk.skip_payload = 0;
1643                 stream->bulk.payload_size = 0;
1644         }
1645 }
1646
1647 static void uvc_video_encode_bulk(struct uvc_urb *uvc_urb,
1648         struct uvc_buffer *buf, struct uvc_buffer *meta_buf)
1649 {
1650         struct urb *urb = uvc_urb->urb;
1651         struct uvc_streaming *stream = uvc_urb->stream;
1652
1653         u8 *mem = urb->transfer_buffer;
1654         int len = stream->urb_size, ret;
1655
1656         if (buf == NULL) {
1657                 urb->transfer_buffer_length = 0;
1658                 return;
1659         }
1660
1661         /* If the URB is the first of its payload, add the header. */
1662         if (stream->bulk.header_size == 0) {
1663                 ret = uvc_video_encode_header(stream, buf, mem, len);
1664                 stream->bulk.header_size = ret;
1665                 stream->bulk.payload_size += ret;
1666                 mem += ret;
1667                 len -= ret;
1668         }
1669
1670         /* Process video data. */
1671         ret = uvc_video_encode_data(stream, buf, mem, len);
1672
1673         stream->bulk.payload_size += ret;
1674         len -= ret;
1675
1676         if (buf->bytesused == stream->queue.buf_used ||
1677             stream->bulk.payload_size == stream->bulk.max_payload_size) {
1678                 if (buf->bytesused == stream->queue.buf_used) {
1679                         stream->queue.buf_used = 0;
1680                         buf->state = UVC_BUF_STATE_READY;
1681                         buf->buf.sequence = ++stream->sequence;
1682                         uvc_queue_next_buffer(&stream->queue, buf);
1683                         stream->last_fid ^= UVC_STREAM_FID;
1684                 }
1685
1686                 stream->bulk.header_size = 0;
1687                 stream->bulk.payload_size = 0;
1688         }
1689
1690         urb->transfer_buffer_length = stream->urb_size - len;
1691 }
1692
1693 static void uvc_video_complete(struct urb *urb)
1694 {
1695         struct uvc_urb *uvc_urb = urb->context;
1696         struct uvc_streaming *stream = uvc_urb->stream;
1697         struct uvc_video_queue *queue = &stream->queue;
1698         struct uvc_video_queue *qmeta = &stream->meta.queue;
1699         struct vb2_queue *vb2_qmeta = stream->meta.vdev.queue;
1700         struct uvc_buffer *buf = NULL;
1701         struct uvc_buffer *buf_meta = NULL;
1702         unsigned long flags;
1703         int ret;
1704
1705         switch (urb->status) {
1706         case 0:
1707                 break;
1708
1709         default:
1710                 dev_warn(&stream->intf->dev,
1711                          "Non-zero status (%d) in video completion handler.\n",
1712                          urb->status);
1713                 fallthrough;
1714         case -ENOENT:           /* usb_poison_urb() called. */
1715                 if (stream->frozen)
1716                         return;
1717                 fallthrough;
1718         case -ECONNRESET:       /* usb_unlink_urb() called. */
1719         case -ESHUTDOWN:        /* The endpoint is being disabled. */
1720                 uvc_queue_cancel(queue, urb->status == -ESHUTDOWN);
1721                 if (vb2_qmeta)
1722                         uvc_queue_cancel(qmeta, urb->status == -ESHUTDOWN);
1723                 return;
1724         }
1725
1726         buf = uvc_queue_get_current_buffer(queue);
1727
1728         if (vb2_qmeta) {
1729                 spin_lock_irqsave(&qmeta->irqlock, flags);
1730                 if (!list_empty(&qmeta->irqqueue))
1731                         buf_meta = list_first_entry(&qmeta->irqqueue,
1732                                                     struct uvc_buffer, queue);
1733                 spin_unlock_irqrestore(&qmeta->irqlock, flags);
1734         }
1735
1736         /* Re-initialise the URB async work. */
1737         uvc_urb->async_operations = 0;
1738
1739         /* Sync DMA and invalidate vmap range. */
1740         dma_sync_sgtable_for_cpu(uvc_stream_to_dmadev(uvc_urb->stream),
1741                                  uvc_urb->sgt, uvc_stream_dir(stream));
1742         invalidate_kernel_vmap_range(uvc_urb->buffer,
1743                                      uvc_urb->stream->urb_size);
1744
1745         /*
1746          * Process the URB headers, and optionally queue expensive memcpy tasks
1747          * to be deferred to a work queue.
1748          */
1749         stream->decode(uvc_urb, buf, buf_meta);
1750
1751         /* If no async work is needed, resubmit the URB immediately. */
1752         if (!uvc_urb->async_operations) {
1753                 ret = uvc_submit_urb(uvc_urb, GFP_ATOMIC);
1754                 if (ret < 0)
1755                         dev_err(&stream->intf->dev,
1756                                 "Failed to resubmit video URB (%d).\n", ret);
1757                 return;
1758         }
1759
1760         queue_work(stream->async_wq, &uvc_urb->work);
1761 }
1762
1763 /*
1764  * Free transfer buffers.
1765  */
1766 static void uvc_free_urb_buffers(struct uvc_streaming *stream)
1767 {
1768         struct device *dma_dev = uvc_stream_to_dmadev(stream);
1769         struct uvc_urb *uvc_urb;
1770
1771         for_each_uvc_urb(uvc_urb, stream) {
1772                 if (!uvc_urb->buffer)
1773                         continue;
1774
1775                 dma_vunmap_noncontiguous(dma_dev, uvc_urb->buffer);
1776                 dma_free_noncontiguous(dma_dev, stream->urb_size, uvc_urb->sgt,
1777                                        uvc_stream_dir(stream));
1778
1779                 uvc_urb->buffer = NULL;
1780                 uvc_urb->sgt = NULL;
1781         }
1782
1783         stream->urb_size = 0;
1784 }
1785
1786 static bool uvc_alloc_urb_buffer(struct uvc_streaming *stream,
1787                                  struct uvc_urb *uvc_urb, gfp_t gfp_flags)
1788 {
1789         struct device *dma_dev = uvc_stream_to_dmadev(stream);
1790
1791         uvc_urb->sgt = dma_alloc_noncontiguous(dma_dev, stream->urb_size,
1792                                                uvc_stream_dir(stream),
1793                                                gfp_flags, 0);
1794         if (!uvc_urb->sgt)
1795                 return false;
1796         uvc_urb->dma = uvc_urb->sgt->sgl->dma_address;
1797
1798         uvc_urb->buffer = dma_vmap_noncontiguous(dma_dev, stream->urb_size,
1799                                                  uvc_urb->sgt);
1800         if (!uvc_urb->buffer) {
1801                 dma_free_noncontiguous(dma_dev, stream->urb_size,
1802                                        uvc_urb->sgt,
1803                                        uvc_stream_dir(stream));
1804                 uvc_urb->sgt = NULL;
1805                 return false;
1806         }
1807
1808         return true;
1809 }
1810
1811 /*
1812  * Allocate transfer buffers. This function can be called with buffers
1813  * already allocated when resuming from suspend, in which case it will
1814  * return without touching the buffers.
1815  *
1816  * Limit the buffer size to UVC_MAX_PACKETS bulk/isochronous packets. If the
1817  * system is too low on memory try successively smaller numbers of packets
1818  * until allocation succeeds.
1819  *
1820  * Return the number of allocated packets on success or 0 when out of memory.
1821  */
1822 static int uvc_alloc_urb_buffers(struct uvc_streaming *stream,
1823         unsigned int size, unsigned int psize, gfp_t gfp_flags)
1824 {
1825         unsigned int npackets;
1826         unsigned int i;
1827
1828         /* Buffers are already allocated, bail out. */
1829         if (stream->urb_size)
1830                 return stream->urb_size / psize;
1831
1832         /*
1833          * Compute the number of packets. Bulk endpoints might transfer UVC
1834          * payloads across multiple URBs.
1835          */
1836         npackets = DIV_ROUND_UP(size, psize);
1837         if (npackets > UVC_MAX_PACKETS)
1838                 npackets = UVC_MAX_PACKETS;
1839
1840         /* Retry allocations until one succeed. */
1841         for (; npackets > 1; npackets /= 2) {
1842                 stream->urb_size = psize * npackets;
1843
1844                 for (i = 0; i < UVC_URBS; ++i) {
1845                         struct uvc_urb *uvc_urb = &stream->uvc_urb[i];
1846
1847                         if (!uvc_alloc_urb_buffer(stream, uvc_urb, gfp_flags)) {
1848                                 uvc_free_urb_buffers(stream);
1849                                 break;
1850                         }
1851
1852                         uvc_urb->stream = stream;
1853                 }
1854
1855                 if (i == UVC_URBS) {
1856                         uvc_dbg(stream->dev, VIDEO,
1857                                 "Allocated %u URB buffers of %ux%u bytes each\n",
1858                                 UVC_URBS, npackets, psize);
1859                         return npackets;
1860                 }
1861         }
1862
1863         uvc_dbg(stream->dev, VIDEO,
1864                 "Failed to allocate URB buffers (%u bytes per packet)\n",
1865                 psize);
1866         return 0;
1867 }
1868
1869 /*
1870  * Uninitialize isochronous/bulk URBs and free transfer buffers.
1871  */
1872 static void uvc_video_stop_transfer(struct uvc_streaming *stream,
1873                                     int free_buffers)
1874 {
1875         struct uvc_urb *uvc_urb;
1876
1877         uvc_video_stats_stop(stream);
1878
1879         /*
1880          * We must poison the URBs rather than kill them to ensure that even
1881          * after the completion handler returns, any asynchronous workqueues
1882          * will be prevented from resubmitting the URBs.
1883          */
1884         for_each_uvc_urb(uvc_urb, stream)
1885                 usb_poison_urb(uvc_urb->urb);
1886
1887         flush_workqueue(stream->async_wq);
1888
1889         for_each_uvc_urb(uvc_urb, stream) {
1890                 usb_free_urb(uvc_urb->urb);
1891                 uvc_urb->urb = NULL;
1892         }
1893
1894         if (free_buffers)
1895                 uvc_free_urb_buffers(stream);
1896 }
1897
1898 /*
1899  * Compute the maximum number of bytes per interval for an endpoint.
1900  */
1901 u16 uvc_endpoint_max_bpi(struct usb_device *dev, struct usb_host_endpoint *ep)
1902 {
1903         u16 psize;
1904
1905         switch (dev->speed) {
1906         case USB_SPEED_SUPER:
1907         case USB_SPEED_SUPER_PLUS:
1908                 return le16_to_cpu(ep->ss_ep_comp.wBytesPerInterval);
1909         default:
1910                 psize = usb_endpoint_maxp(&ep->desc);
1911                 psize *= usb_endpoint_maxp_mult(&ep->desc);
1912                 return psize;
1913         }
1914 }
1915
1916 /*
1917  * Initialize isochronous URBs and allocate transfer buffers. The packet size
1918  * is given by the endpoint.
1919  */
1920 static int uvc_init_video_isoc(struct uvc_streaming *stream,
1921         struct usb_host_endpoint *ep, gfp_t gfp_flags)
1922 {
1923         struct urb *urb;
1924         struct uvc_urb *uvc_urb;
1925         unsigned int npackets, i;
1926         u16 psize;
1927         u32 size;
1928
1929         psize = uvc_endpoint_max_bpi(stream->dev->udev, ep);
1930         size = stream->ctrl.dwMaxVideoFrameSize;
1931
1932         npackets = uvc_alloc_urb_buffers(stream, size, psize, gfp_flags);
1933         if (npackets == 0)
1934                 return -ENOMEM;
1935
1936         size = npackets * psize;
1937
1938         for_each_uvc_urb(uvc_urb, stream) {
1939                 urb = usb_alloc_urb(npackets, gfp_flags);
1940                 if (urb == NULL) {
1941                         uvc_video_stop_transfer(stream, 1);
1942                         return -ENOMEM;
1943                 }
1944
1945                 urb->dev = stream->dev->udev;
1946                 urb->context = uvc_urb;
1947                 urb->pipe = usb_rcvisocpipe(stream->dev->udev,
1948                                 ep->desc.bEndpointAddress);
1949                 urb->transfer_flags = URB_ISO_ASAP | URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
1950                 urb->transfer_dma = uvc_urb->dma;
1951                 urb->interval = ep->desc.bInterval;
1952                 urb->transfer_buffer = uvc_urb->buffer;
1953                 urb->complete = uvc_video_complete;
1954                 urb->number_of_packets = npackets;
1955                 urb->transfer_buffer_length = size;
1956
1957                 for (i = 0; i < npackets; ++i) {
1958                         urb->iso_frame_desc[i].offset = i * psize;
1959                         urb->iso_frame_desc[i].length = psize;
1960                 }
1961
1962                 uvc_urb->urb = urb;
1963         }
1964
1965         return 0;
1966 }
1967
1968 /*
1969  * Initialize bulk URBs and allocate transfer buffers. The packet size is
1970  * given by the endpoint.
1971  */
1972 static int uvc_init_video_bulk(struct uvc_streaming *stream,
1973         struct usb_host_endpoint *ep, gfp_t gfp_flags)
1974 {
1975         struct urb *urb;
1976         struct uvc_urb *uvc_urb;
1977         unsigned int npackets, pipe;
1978         u16 psize;
1979         u32 size;
1980
1981         psize = usb_endpoint_maxp(&ep->desc);
1982         size = stream->ctrl.dwMaxPayloadTransferSize;
1983         stream->bulk.max_payload_size = size;
1984
1985         npackets = uvc_alloc_urb_buffers(stream, size, psize, gfp_flags);
1986         if (npackets == 0)
1987                 return -ENOMEM;
1988
1989         size = npackets * psize;
1990
1991         if (usb_endpoint_dir_in(&ep->desc))
1992                 pipe = usb_rcvbulkpipe(stream->dev->udev,
1993                                        ep->desc.bEndpointAddress);
1994         else
1995                 pipe = usb_sndbulkpipe(stream->dev->udev,
1996                                        ep->desc.bEndpointAddress);
1997
1998         if (stream->type == V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT)
1999                 size = 0;
2000
2001         for_each_uvc_urb(uvc_urb, stream) {
2002                 urb = usb_alloc_urb(0, gfp_flags);
2003                 if (urb == NULL) {
2004                         uvc_video_stop_transfer(stream, 1);
2005                         return -ENOMEM;
2006                 }
2007
2008                 usb_fill_bulk_urb(urb, stream->dev->udev, pipe, uvc_urb->buffer,
2009                                   size, uvc_video_complete, uvc_urb);
2010                 urb->transfer_flags = URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
2011                 urb->transfer_dma = uvc_urb->dma;
2012
2013                 uvc_urb->urb = urb;
2014         }
2015
2016         return 0;
2017 }
2018
2019 /*
2020  * Initialize isochronous/bulk URBs and allocate transfer buffers.
2021  */
2022 static int uvc_video_start_transfer(struct uvc_streaming *stream,
2023                                     gfp_t gfp_flags)
2024 {
2025         struct usb_interface *intf = stream->intf;
2026         struct usb_host_endpoint *ep;
2027         struct uvc_urb *uvc_urb;
2028         unsigned int i;
2029         int ret;
2030
2031         stream->sequence = -1;
2032         stream->last_fid = -1;
2033         stream->bulk.header_size = 0;
2034         stream->bulk.skip_payload = 0;
2035         stream->bulk.payload_size = 0;
2036
2037         uvc_video_stats_start(stream);
2038
2039         if (intf->num_altsetting > 1) {
2040                 struct usb_host_endpoint *best_ep = NULL;
2041                 unsigned int best_psize = UINT_MAX;
2042                 unsigned int bandwidth;
2043                 unsigned int altsetting;
2044                 int intfnum = stream->intfnum;
2045
2046                 /* Isochronous endpoint, select the alternate setting. */
2047                 bandwidth = stream->ctrl.dwMaxPayloadTransferSize;
2048
2049                 if (bandwidth == 0) {
2050                         uvc_dbg(stream->dev, VIDEO,
2051                                 "Device requested null bandwidth, defaulting to lowest\n");
2052                         bandwidth = 1;
2053                 } else {
2054                         uvc_dbg(stream->dev, VIDEO,
2055                                 "Device requested %u B/frame bandwidth\n",
2056                                 bandwidth);
2057                 }
2058
2059                 for (i = 0; i < intf->num_altsetting; ++i) {
2060                         struct usb_host_interface *alts;
2061                         unsigned int psize;
2062
2063                         alts = &intf->altsetting[i];
2064                         ep = uvc_find_endpoint(alts,
2065                                 stream->header.bEndpointAddress);
2066                         if (ep == NULL)
2067                                 continue;
2068
2069                         /* Check if the bandwidth is high enough. */
2070                         psize = uvc_endpoint_max_bpi(stream->dev->udev, ep);
2071                         if (psize >= bandwidth && psize < best_psize) {
2072                                 altsetting = alts->desc.bAlternateSetting;
2073                                 best_psize = psize;
2074                                 best_ep = ep;
2075                         }
2076                 }
2077
2078                 if (best_ep == NULL) {
2079                         uvc_dbg(stream->dev, VIDEO,
2080                                 "No fast enough alt setting for requested bandwidth\n");
2081                         return -EIO;
2082                 }
2083
2084                 uvc_dbg(stream->dev, VIDEO,
2085                         "Selecting alternate setting %u (%u B/frame bandwidth)\n",
2086                         altsetting, best_psize);
2087
2088                 /*
2089                  * Some devices, namely the Logitech C910 and B910, are unable
2090                  * to recover from a USB autosuspend, unless the alternate
2091                  * setting of the streaming interface is toggled.
2092                  */
2093                 if (stream->dev->quirks & UVC_QUIRK_WAKE_AUTOSUSPEND) {
2094                         usb_set_interface(stream->dev->udev, intfnum,
2095                                           altsetting);
2096                         usb_set_interface(stream->dev->udev, intfnum, 0);
2097                 }
2098
2099                 ret = usb_set_interface(stream->dev->udev, intfnum, altsetting);
2100                 if (ret < 0)
2101                         return ret;
2102
2103                 ret = uvc_init_video_isoc(stream, best_ep, gfp_flags);
2104         } else {
2105                 /* Bulk endpoint, proceed to URB initialization. */
2106                 ep = uvc_find_endpoint(&intf->altsetting[0],
2107                                 stream->header.bEndpointAddress);
2108                 if (ep == NULL)
2109                         return -EIO;
2110
2111                 /* Reject broken descriptors. */
2112                 if (usb_endpoint_maxp(&ep->desc) == 0)
2113                         return -EIO;
2114
2115                 ret = uvc_init_video_bulk(stream, ep, gfp_flags);
2116         }
2117
2118         if (ret < 0)
2119                 return ret;
2120
2121         /* Submit the URBs. */
2122         for_each_uvc_urb(uvc_urb, stream) {
2123                 ret = uvc_submit_urb(uvc_urb, gfp_flags);
2124                 if (ret < 0) {
2125                         dev_err(&stream->intf->dev,
2126                                 "Failed to submit URB %u (%d).\n",
2127                                 uvc_urb_index(uvc_urb), ret);
2128                         uvc_video_stop_transfer(stream, 1);
2129                         return ret;
2130                 }
2131         }
2132
2133         /*
2134          * The Logitech C920 temporarily forgets that it should not be adjusting
2135          * Exposure Absolute during init so restore controls to stored values.
2136          */
2137         if (stream->dev->quirks & UVC_QUIRK_RESTORE_CTRLS_ON_INIT)
2138                 uvc_ctrl_restore_values(stream->dev);
2139
2140         return 0;
2141 }
2142
2143 /* --------------------------------------------------------------------------
2144  * Suspend/resume
2145  */
2146
2147 /*
2148  * Stop streaming without disabling the video queue.
2149  *
2150  * To let userspace applications resume without trouble, we must not touch the
2151  * video buffers in any way. We mark the device as frozen to make sure the URB
2152  * completion handler won't try to cancel the queue when we kill the URBs.
2153  */
2154 int uvc_video_suspend(struct uvc_streaming *stream)
2155 {
2156         if (!uvc_queue_streaming(&stream->queue))
2157                 return 0;
2158
2159         stream->frozen = 1;
2160         uvc_video_stop_transfer(stream, 0);
2161         usb_set_interface(stream->dev->udev, stream->intfnum, 0);
2162         return 0;
2163 }
2164
2165 /*
2166  * Reconfigure the video interface and restart streaming if it was enabled
2167  * before suspend.
2168  *
2169  * If an error occurs, disable the video queue. This will wake all pending
2170  * buffers, making sure userspace applications are notified of the problem
2171  * instead of waiting forever.
2172  */
2173 int uvc_video_resume(struct uvc_streaming *stream, int reset)
2174 {
2175         int ret;
2176
2177         /*
2178          * If the bus has been reset on resume, set the alternate setting to 0.
2179          * This should be the default value, but some devices crash or otherwise
2180          * misbehave if they don't receive a SET_INTERFACE request before any
2181          * other video control request.
2182          */
2183         if (reset)
2184                 usb_set_interface(stream->dev->udev, stream->intfnum, 0);
2185
2186         stream->frozen = 0;
2187
2188         uvc_video_clock_reset(&stream->clock);
2189
2190         if (!uvc_queue_streaming(&stream->queue))
2191                 return 0;
2192
2193         ret = uvc_commit_video(stream, &stream->ctrl);
2194         if (ret < 0)
2195                 return ret;
2196
2197         return uvc_video_start_transfer(stream, GFP_NOIO);
2198 }
2199
2200 /* ------------------------------------------------------------------------
2201  * Video device
2202  */
2203
2204 /*
2205  * Initialize the UVC video device by switching to alternate setting 0 and
2206  * retrieve the default format.
2207  *
2208  * Some cameras (namely the Fuji Finepix) set the format and frame
2209  * indexes to zero. The UVC standard doesn't clearly make this a spec
2210  * violation, so try to silently fix the values if possible.
2211  *
2212  * This function is called before registering the device with V4L.
2213  */
2214 int uvc_video_init(struct uvc_streaming *stream)
2215 {
2216         struct uvc_streaming_control *probe = &stream->ctrl;
2217         const struct uvc_format *format = NULL;
2218         const struct uvc_frame *frame = NULL;
2219         struct uvc_urb *uvc_urb;
2220         unsigned int i;
2221         int ret;
2222
2223         if (stream->nformats == 0) {
2224                 dev_info(&stream->intf->dev,
2225                          "No supported video formats found.\n");
2226                 return -EINVAL;
2227         }
2228
2229         atomic_set(&stream->active, 0);
2230
2231         /*
2232          * Alternate setting 0 should be the default, yet the XBox Live Vision
2233          * Cam (and possibly other devices) crash or otherwise misbehave if
2234          * they don't receive a SET_INTERFACE request before any other video
2235          * control request.
2236          */
2237         usb_set_interface(stream->dev->udev, stream->intfnum, 0);
2238
2239         /*
2240          * Set the streaming probe control with default streaming parameters
2241          * retrieved from the device. Webcams that don't support GET_DEF
2242          * requests on the probe control will just keep their current streaming
2243          * parameters.
2244          */
2245         if (uvc_get_video_ctrl(stream, probe, 1, UVC_GET_DEF) == 0)
2246                 uvc_set_video_ctrl(stream, probe, 1);
2247
2248         /*
2249          * Initialize the streaming parameters with the probe control current
2250          * value. This makes sure SET_CUR requests on the streaming commit
2251          * control will always use values retrieved from a successful GET_CUR
2252          * request on the probe control, as required by the UVC specification.
2253          */
2254         ret = uvc_get_video_ctrl(stream, probe, 1, UVC_GET_CUR);
2255
2256         /*
2257          * Elgato Cam Link 4k can be in a stalled state if the resolution of
2258          * the external source has changed while the firmware initializes.
2259          * Once in this state, the device is useless until it receives a
2260          * USB reset. It has even been observed that the stalled state will
2261          * continue even after unplugging the device.
2262          */
2263         if (ret == -EPROTO &&
2264             usb_match_one_id(stream->dev->intf, &elgato_cam_link_4k)) {
2265                 dev_err(&stream->intf->dev, "Elgato Cam Link 4K firmware crash detected\n");
2266                 dev_err(&stream->intf->dev, "Resetting the device, unplug and replug to recover\n");
2267                 usb_reset_device(stream->dev->udev);
2268         }
2269
2270         if (ret < 0)
2271                 return ret;
2272
2273         /*
2274          * Check if the default format descriptor exists. Use the first
2275          * available format otherwise.
2276          */
2277         for (i = stream->nformats; i > 0; --i) {
2278                 format = &stream->formats[i-1];
2279                 if (format->index == probe->bFormatIndex)
2280                         break;
2281         }
2282
2283         if (format->nframes == 0) {
2284                 dev_info(&stream->intf->dev,
2285                          "No frame descriptor found for the default format.\n");
2286                 return -EINVAL;
2287         }
2288
2289         /*
2290          * Zero bFrameIndex might be correct. Stream-based formats (including
2291          * MPEG-2 TS and DV) do not support frames but have a dummy frame
2292          * descriptor with bFrameIndex set to zero. If the default frame
2293          * descriptor is not found, use the first available frame.
2294          */
2295         for (i = format->nframes; i > 0; --i) {
2296                 frame = &format->frames[i-1];
2297                 if (frame->bFrameIndex == probe->bFrameIndex)
2298                         break;
2299         }
2300
2301         probe->bFormatIndex = format->index;
2302         probe->bFrameIndex = frame->bFrameIndex;
2303
2304         stream->def_format = format;
2305         stream->cur_format = format;
2306         stream->cur_frame = frame;
2307
2308         /* Select the video decoding function */
2309         if (stream->type == V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE) {
2310                 if (stream->dev->quirks & UVC_QUIRK_BUILTIN_ISIGHT)
2311                         stream->decode = uvc_video_decode_isight;
2312                 else if (stream->intf->num_altsetting > 1)
2313                         stream->decode = uvc_video_decode_isoc;
2314                 else
2315                         stream->decode = uvc_video_decode_bulk;
2316         } else {
2317                 if (stream->intf->num_altsetting == 1)
2318                         stream->decode = uvc_video_encode_bulk;
2319                 else {
2320                         dev_info(&stream->intf->dev,
2321                                  "Isochronous endpoints are not supported for video output devices.\n");
2322                         return -EINVAL;
2323                 }
2324         }
2325
2326         /* Prepare asynchronous work items. */
2327         for_each_uvc_urb(uvc_urb, stream)
2328                 INIT_WORK(&uvc_urb->work, uvc_video_copy_data_work);
2329
2330         return 0;
2331 }
2332
2333 int uvc_video_start_streaming(struct uvc_streaming *stream)
2334 {
2335         int ret;
2336
2337         ret = uvc_video_clock_init(&stream->clock);
2338         if (ret < 0)
2339                 return ret;
2340
2341         /* Commit the streaming parameters. */
2342         ret = uvc_commit_video(stream, &stream->ctrl);
2343         if (ret < 0)
2344                 goto error_commit;
2345
2346         ret = uvc_video_start_transfer(stream, GFP_KERNEL);
2347         if (ret < 0)
2348                 goto error_video;
2349
2350         return 0;
2351
2352 error_video:
2353         usb_set_interface(stream->dev->udev, stream->intfnum, 0);
2354 error_commit:
2355         uvc_video_clock_cleanup(&stream->clock);
2356
2357         return ret;
2358 }
2359
2360 void uvc_video_stop_streaming(struct uvc_streaming *stream)
2361 {
2362         uvc_video_stop_transfer(stream, 1);
2363
2364         if (stream->intf->num_altsetting > 1) {
2365                 usb_set_interface(stream->dev->udev, stream->intfnum, 0);
2366         } else {
2367                 /*
2368                  * UVC doesn't specify how to inform a bulk-based device
2369                  * when the video stream is stopped. Windows sends a
2370                  * CLEAR_FEATURE(HALT) request to the video streaming
2371                  * bulk endpoint, mimic the same behaviour.
2372                  */
2373                 unsigned int epnum = stream->header.bEndpointAddress
2374                                    & USB_ENDPOINT_NUMBER_MASK;
2375                 unsigned int dir = stream->header.bEndpointAddress
2376                                  & USB_ENDPOINT_DIR_MASK;
2377                 unsigned int pipe;
2378
2379                 pipe = usb_sndbulkpipe(stream->dev->udev, epnum) | dir;
2380                 usb_clear_halt(stream->dev->udev, pipe);
2381         }
2382
2383         uvc_video_clock_cleanup(&stream->clock);
2384 }
This page took 0.171683 seconds and 4 git commands to generate.