攝像頭驅動——V4L2框架分析

1、概述

Video for Linux 2，簡稱V4l2，是Linux內核中關於視頻設備的內核驅動框架，爲上層的訪問底層的視頻設備提供了統一的接口。

攝像頭驅動是屬於字符設備驅動程序。（分析linux3.4.2內核）

2、如何寫字符設備驅動

一、對於簡單的驅動：

　　1）.構造一個file_operations:.open=drv_open .read=drv_read
　　2）.告訴內核：register_chrdev(主設備號，名字，&file_operations)
　　3）.入口函數：調用register_chrdev
　　4）.出口函數：卸載
　　通常採用register_chrdev的代替方法：分配、設置cdev，cdev_add

二、對於稍複雜的驅動程序採用分層思想

例如LCD驅動中分爲兩層：上層通用的核心層內核已經幫咱們作好，即在fbmem.c
　　1.構造file_operations（open/ read /write ...）
　　2.註冊 

 　　3.入口、出口

咱們作的是硬件相關層，供上層file_operations調用
　　1.分配一個fb_info 結構體
　　2.設置
　　3.註冊
　　4.硬件相關的操做

3、分析V4L2框架

把usb設備接到系統前臺，會有打印信息，根據打印信息在內核裏找出驅動，用dmsg命令查看；
grep "Found UVC" * -nR 搜索 在uvc_driver.c裏，這是個硬件相關的驅動。

分析代碼，猜想V4L2  框架 確定也是分爲至少兩層  。

 

應用層：

/*調用 open read write -->調用 v4l2_fops 裏的 open read write->調用硬件相關層的video_device 裏提供的函數*/
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核心層：v4l2-dev.c   __video_register_device  
   　　 構造：v4l2_fops（

　　　　　　　　.read = v4l2_read,
    　　　　　　   .write = v4l2_write,
                             .open = v4l2_open, ...）
    　　註冊：
   　　　　 vdev->cdev = cdev_alloc();     //1.字符設備cdev_alloc
  　　　　  vdev->cdev->ops = &v4l2_fops;   //2.設置fops
    　　　　cdev_add(vdev->cdev, MKDEV(VIDEO_MAJOR, vdev->minor), 1);  //3.cdev_add

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硬件相關層：如uvc_driver.c   Found UVC

　　     ->v4l2_device_register(這個不重要)
   　　 ->video_device_alloc->video_register_device(向核心層註冊) 
           ->v4l2-dev.h->__video_register_device(v4l2-dev.c)     
---------------------------------------------------------------------------------------------------------    
    即分配結構體  video_device （裏面的函數供上層v4l2_fops調用）   
    設置  註冊video_register_device            

 

4、經過vivi.c分析v4l2核心驅動框架

（virtual video driver ）虛擬視頻驅動

 分析以下：

vivi_init （入口函數） vivi_create_instance(i); v4l2_device_register //非主要,僅初始化一些鎖等，實際未註冊啥
            spin_lock_init(&v4l2_dev->lock); ... get_device(dev); v4l2_dev->dev = dev; vfd = video_device_alloc(); //分配video_device //設置
        1.*vfd = vivi_template;        //內容設置爲vivi_template
              /*最底層的vivi 操做函數*/
              static struct video_device vivi_template = { .name = "vivi", .fops           = &vivi_fops, .ioctl_ops = &vivi_ioctl_ops, ... }; 2.vfd->v4l2_dev = &dev->v4l2_dev; 3.設置「Ctrl屬性」（用於APP的ioctl），音量、亮度、增益等 dev->volume = v4l2_ctrl_new_std(hdl, &vivi_ctrl_ops, V4L2_CID_AUDIO_VOLUME, 0, 255, 1, 200); dev->brightness = v4l2_ctrl_new_std(hdl, &vivi_ctrl_ops, V4L2_CID_BRIGHTNESS, 0, 255, 1, 127); dev->contrast = v4l2_ctrl_new_std(hdl, &vivi_ctrl_ops, V4L2_CID_CONTRAST, 0, 255, 1, 16); ... // 結構體vfd 類型 number
        video_register_device(video_device, VFL_TYPE_GRABBER, nr); //向上註冊
 __video_register_device /* Part 1: check device type */ 檢驗設備類型 ... /* Part 2: find a free minor, device node number and device index. */ ... 互斥鎖相關 /* Part 3: Initialize the character device */ 初始化字符設備 vdev->cdev = cdev_alloc(); vdev->cdev->ops = &v4l2_fops; cdev_add ... /* Part 6: Activate this minor. The char device can now be used. */ video_device[vdev->minor] = vdev; //以次設備號爲下標，將vdev存入數組


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 分析vivi.c的open、read、write、ioctl過程 1. open app: open ("/dev/video0",...) ---------------------------------------------- drv: v4l2_open vdev = video_devdata(filp); //根據次設備號從數組中獲得video_device
                ret = vdev->fops->open(filp);//調用open函數
 調用vivi.c 裏的v4l2_fh_open 2. read app: read... ---------------------------------------------- drv: v412_read struct video_device *vdev = video_devdata(filp); ret = vdev->fops->read(filp, buf, sz, off); 3. ioctl app: ioctl ---------------------------------------------- drv: v4l2_fops.unlocked_ioctl v4l2_ioctl struct video_device *vdev = video_devdata(filp); ret = vdev->fops->unlocked_ioctl(filp, cmd, arg); 調用vivi.c 裏的video_ioctl2 /*把用戶空間的參數複製進來，而後調用__video_do_ioctl*/ video_usercopy(file, cmd, arg, __video_do_ioctl); __video_do_ioctl *vdev = video_devdata(filp) 根據APP傳入的cmd來得到、設置某些屬性
　　　　　　　　　　　　　　　　 /*在vivi.c 裏一開始的vivi_create_instance裏設置*/

 由上分析可知vivi.c主要完成了如下工做：

1 、初始化 v4l2_device結構體（表明一個 v4l2設備） 

　　　v4l2_device_register、 v4l2_device

二、分配video_device結構體

　　　vfd = video_device_alloc()

三、設置video_device結構

　　　a、 .vfd->v4l2_dev

　　　b、vfd：

　　　　　　.fops    設置vfd的fops 裏的open、read、write 被上層調用

　　　　　　.ioctl_ops   最終會調用到ioctl（設置屬性被上層調用  ）

四、 註冊video_device結構體

　　（video_device 是內核對 v4l2_device的官方封裝，用於管理v4l2_device數據），向上層用戶提供訪問接口
　　  video_register_device

 

問：APP能夠經過ioctl來設置（得到）亮度等信息，在驅動程序裏，誰來接收、存儲、設置到硬件（提供這些信息）？

答：在驅動程序中抽象出來一個結構體v4l2_ctrl, 每一個Ctrl對應其中的一項（音量、亮度等等）；
       由v4l2_ctrl_handler來管理他們

　　1.初始化
  　　　  v4l2_ctrl_handler_init 
 　   2.設置
   　　　 v4l2_ctrl_new_std
    　　　v4l2_ctrl_new_custom
  　　　  這些函數就是建立各個屬性，而且放入v4l2_ctrl_handler的鏈表
 　   3.跟vdev關聯
    　　　dev->v4l2_dev.ctrl_handler = hdl;

小結：

v4l2框架並未脫離字符設備驅動框架，只是ioctl的實現較爲複雜。