Linux3.5—視屏模塊學習與分析

插入USB攝像頭後，我看到了識別出的一些信息，在內核源碼中搜到了相關信息：

搜索以後，在uvc_driver.c 

幫助文檔：linux-3.5/Documentation/video4linux/v4l2-framework.txt 

分析驅動程序最好的方法就是跟蹤應用程序對他的調用過程。

 開始分析  /linux-3.5/drivers/media/video/uvc/uvc_driver.c 

 

　　usb_register(&uvc_driver.driver);

uvc_ids 指所能支持的設備。

 

下面查看probe函數：

/* USB探針、斷開鏈接、掛起和恢復*/

　　

　　(uvc_register_chains(dev)

　　　　

　　　　　　　　

　　　　

 1 static int uvc_register_video(struct uvc_device *dev,
 2                 struct uvc_streaming *stream)
 3 {
 4         struct video_device *vdev;
 5         int ret;
 6 
 7         /* Initialize the streaming interface with default streaming
 8          * parameters.
 9          */
10         ret = uvc_video_init(stream);
11         if (ret < 0) {
12                 uvc_printk(KERN_ERR, "Failed to initialize the device "
13                         "(%d).\n", ret);
14                 return ret;
15         }
16 
17         uvc_debugfs_init_stream(stream);

18 ////////////////////////////標記/////////////////////////////
19         /* Register the device with V4L. */
20         vdev = video_device_alloc();
21         if (vdev == NULL) {
22                 uvc_printk(KERN_ERR, "Failed to allocate video device (%d).\n",
23                            ret);
24                 return -ENOMEM;
25         }
26 
27         /* We already hold a reference to dev->udev. The video device will be
28          * unregistered before the reference is released, so we don't need to
29          * get another one.
30          */
31         vdev->v4l2_dev = &dev->vdev;
///////////////////////標記/////////////////////////////////
32         vdev->fops = &uvc_fops;
33 
34         vdev->release = uvc_release;
35         strlcpy(vdev->name, dev->name, sizeof vdev->name);
36 
37         /* Set the driver data before calling video_register_device, otherwise
38          * uvc_v4l2_open might race us.
39          */
40         stream->vdev = vdev;
41         video_set_drvdata(vdev, stream);
42 
/////////////////////////////////標記/////////////////////////////////////////////////
43         ret = video_register_device(vdev, VFL_TYPE_GRABBER, -1);    
44         if (ret < 0) {
45                 uvc_printk(KERN_ERR, "Failed to register video device (%d).\n",
46                            ret);
47                 stream->vdev = NULL;
48                 video_device_release(vdev);
49                 return ret;
50         }
51 
52         atomic_inc(&dev->nstreams);
53         return 0;
54 }

 經過 ubuntu 攝像頭測試，測試軟件使用 xawtv

執行xawtv 就能查看到USB攝像頭的數據，

 

測試虛擬攝像頭：vivi

下載 ubuntn 相關版本的內核源碼，複製整個 /media/video 整個目錄複製出來。

編譯最後生成vivi.ko，安裝時候會出現錯誤，能夠使用dmesg查看打印信息，安裝依賴項。

經過xawtv查看虛擬出來的攝像頭模塊。

 安裝時候還能夠用：sudo modprobe vivi 安裝ubuntu自帶的vivi，這樣全部依賴項都會被裝上

而後，rmmod vivi

安裝本身的vivi.ko　　　　這樣能夠修改本身的模塊，用於調試。

 

用 strace 能夠得到應用所涉及的系統調用。

 

得到系統調用信息。

 

 

 

先了解USB攝像頭內部框架：uvc specification

參考：　USB_Video_Example 1.5.pdf

　　　　UVC 1.5Class specification.pdf

下載地址    https://github.com/Jason543716996/USB_class.git

 

 

 

分析UVC驅動調用過程：
const struct v4l2_file_operations uvc_fops = {
　　.owner    = THIS_MODULE,
　　.open      = uvc_v4l2_open,
　　.release  = uvc_v4l2_release,
　　.ioctl 　   = uvc_v4l2_ioctl,
　　.read       = uvc_v4l2_read,
　　.mmap    = uvc_v4l2_mmap,
　　.poll        = uvc_v4l2_poll,
};

　　　　　　
1. open:
　　uvc_v4l2_open

 

2. VIDIOC_QUERYCAP // video->streaming->type 應該是在設備被枚舉時分析描述符時設置的
　　　　if (video->streaming->type == V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE)
　　　　　　cap->capabilities = V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE | V4L2_CAP_STREAMING;
　　　　else
　　　　　　cap->capabilities = V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT | V4L2_CAP_STREAMING;

3. VIDIOC_ENUM_FMT // format數組應是在設備被枚舉時設置的
　　　　format = &video->streaming->format[fmt->index];
4. VIDIOC_G_FMT
　　　　uvc_v4l2_get_format // USB攝像頭支持多種格式fromat, 每種格式下有多種frame(好比分辨率)
　　　　struct uvc_format *format = video->streaming->cur_format;
　　　　struct uvc_frame *frame = video->streaming->cur_frame;
5. VIDIOC_TRY_FMT
　　　　uvc_v4l2_try_format
　　　　/* Check if the hardware supports the requested format. */

　　　　/* Find the closest image size. The distance between image sizes is
　　　　* the size in pixels of the non-overlapping regions between the
　　　　* requested size and the frame-specified size.
　　　　*/
6. VIDIOC_S_FMT // 只是把參數保存起來，尚未發給USB攝像頭
　　　　uvc_v4l2_set_format
　　　　uvc_v4l2_try_format
　　　　video->streaming->cur_format = format;
　　　　video->streaming->cur_frame = frame;
7. VIDIOC_REQBUFS
　　　　uvc_alloc_buffers
　　　　for (; nbuffers > 0; --nbuffers) {
　　　　mem = vmalloc_32(nbuffers * bufsize);
　　　　if (mem != NULL)
　　　　break;
　　　　}
8. VIDIOC_QUERYBUF
　　　　uvc_query_buffer
　　　　__uvc_query_buffer
　　　　memcpy(v4l2_buf, &buf->buf, sizeof *v4l2_buf); // 複製參數
9. mmap
　　　　uvc_v4l2_mmap

10. VIDIOC_QBUF
　　　　uvc_queue_buffer
　　　　list_add_tail(&buf->stream, &queue->mainqueue);
　　　　list_add_tail(&buf->queue, &queue->irqqueue);

11. VIDIOC_STREAMON
　　　　uvc_video_enable(video, 1) // 把所設置的參數發給硬件,而後啓動攝像頭
　　　　/* Commit the streaming parameters. */
　　　　uvc_commit_video
　　　　uvc_set_video_ctrl /* 設置格式fromat, frame */
　　　　ret = __uvc_query_ctrl(video->dev /* 哪個USB設備 */, SET_CUR, 0,
　　　　video->streaming->intfnum /* 哪個接口: VS */,
　　　　probe ? VS_PROBE_CONTROL : VS_COMMIT_CONTROL, data, size,
　　　　uvc_timeout_param);

/* 啓動：Initialize isochronous/bulk URBs and allocate transfer buffers. */
　　　　uvc_init_video(video, GFP_KERNEL);
　　　　uvc_init_video_isoc / uvc_init_video_bulk
　　　　urb->complete = uvc_video_complete; (收到數據後此函數被調用,它又調用video->decode(urb, video, buf); ==> uvc_video_decode_isoc/uvc_video_encode_bulk => 　　　　uvc_queue_next_buffer => wake_up(&buf->wait);)

　　　　usb_submit_urb
12. poll
　　　　uvc_v4l2_poll
　　　　uvc_queue_poll
　　　　poll_wait(file, &buf->wait, wait); // 休眠等待有數據

13. VIDIOC_DQBUF
　　　　uvc_dequeue_buffer
　　　　list_del(&buf->stream);

14. VIDIOC_STREAMOFF
　　　　uvc_video_enable(video, 0);
　　　　usb_kill_urb(urb);
　　　　usb_free_urb(urb);

分析設置亮度過程：
　　　　ioctl: VIDIOC_S_CTRL
　　　　uvc_ctrl_set
　　　　uvc_ctrl_commit
　　　　__uvc_ctrl_commit(video, 0);
　　　　uvc_ctrl_commit_entity(video->dev, entity, rollback);
　　　　ret = uvc_query_ctrl(dev /* 哪個USB設備 */, SET_CUR, ctrl->entity->id /* 哪個unit/terminal */,
　　　　　　　　dev->intfnum /* 哪個接口: VC interface */, ctrl->info->selector,
　　　　　　　　uvc_ctrl_data(ctrl, UVC_CTRL_DATA_CURRENT),
　　　　　　　　ctrl->info->size);

 

總結：
　　1. UVC設備有2個interface: VideoControl Interface, VideoStreaming Interface
　　2. VideoControl Interface用於控制，好比設置亮度。它內部有多個Unit/Terminal(在程序裏Unit/Terminal都稱爲entity)
　　能夠經過相似的函數來訪問：
　　　　ret = uvc_query_ctrl(dev /* 哪個USB設備 */, SET_CUR, ctrl->entity->id /* 哪個unit/terminal */,
　　　　　　　　　　　　dev->intfnum /* 哪個接口: VC interface */, ctrl->info->selector,
　　　　　　　　　　　　uvc_ctrl_data(ctrl, UVC_CTRL_DATA_CURRENT),
　　　　　　　　　　　　ctrl->info->size);
3. VideoStreaming Interface用於得到視頻數據，也能夠用來選擇fromat/frame(VS可能有多種format, 一個format支持多種frame， frame用來表示分辨率等信息)能夠經過相似的函數來訪問：
　　　　ret = __uvc_query_ctrl(video->dev /* 哪個USB設備 */, SET_CUR, 0,
　　　　　　　　video->streaming->intfnum /* 哪個接口: VS */,
　　　　　　　　probe ? VS_PROBE_CONTROL : VS_COMMIT_CONTROL, data, size,
　　　　　　　　uvc_timeout_param);
4. 咱們在設置FORMAT時只是簡單的使用video->streaming->format[fmt->index]等數據，
　　　　這些數據哪來的？
　　　　應是設備被枚舉時設置的，也就是分析它的描述符時設置的。

5. UVC驅動的重點在於：
　　　描述符的分析
　　　　屬性的控制: 經過VideoControl Interface來設置
　　　　格式的選擇：經過VideoStreaming Interface來設置
　　　　數據的得到：經過VideoStreaming Interface的URB來得到

　　　　

 未完。。。