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Linux摄像头驱动学习之:(2)通过虚拟驱动vivi分析摄像头驱动

发布时间:2019-12-06浏览(2416)

    Linux摄像头驱动学习之:(二)通过虚拟驱动vivi分析摄像头驱动

    一、通过指令 "strace -o xawtv.log xawtv" 得到以下调用信息:
    // 1~7都是在v4l2_open里调用
    1. open
    2. ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP

    // 3~7 都是在get_device_capabilities里调用
    3. for()
            ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT   // 列举输入源,VIDIOC_ENUMINPUT/VIDIOC_G_INPUT/VIDIOC_S_INPUT不是必需的
    4. for()
            ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD      // 列举标准(制式), 不是必需的
    5. for()       
            ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT    // 列举格式

    6. ioctl(4, VIDIOC_G_PARM
    7. for()
            ioctl(4, VIDIOC_QUERYCTRL    // 查询属性(比如说亮度值最小值、最大值、默认值)

    // 8~10都是通过v4l2_read_attr来调用的       
    8. ioctl(4, VIDIOC_G_STD               // 获得当前使用的标准(制式), 不是必需的
    9. ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT
    10. ioctl(4, VIDIOC_G_CTRL            // 获得当前属性, 比如亮度是多少

    11. ioctl(4, VIDIOC_TRY_FMT          // 试试能否支持某种格式
    12. ioctl(4, VIDIOC_S_FMT              // 设置摄像头使用某种格式


    // 13~16在v4l2_start_streaming
    13. ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS             // 请求系统分配缓冲区
    14. for()
            ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF         // 查询所分配的缓冲区
            mmap       
    15. for ()
            ioctl(4, VIDIOC_QBUF                // 把缓冲区放入队列       
    16. ioctl(4, VIDIOC_STREAMON          // 启动摄像头


    // 17里都是通过v4l2_write_attr来调用的
    17. for ()
            ioctl(4, VIDIOC_S_CTRL            // 设置属性
        ioctl(4, VIDIOC_S_INPUT              // 设置输入源
        ioctl(4, VIDIOC_S_STD                 // 设置标准(制式), 不是必需的

    // v4l2_nextframe > v4l2_waiton   
    18. v4l2_queue_all  //全部放入buffer
        v4l2_waiton   
            for ()
            {
                select(5, [4], NULL, NULL, {5, 0})    = 1 (in [4], left {4, 985979})
                ioctl(4, VIDIOC_DQBUF                // de-queue, 把缓冲区从队列中取出
                // 处理, 之以已经通过mmap获得了缓冲区的地址, 就可以直接访问数据       
                ioctl(4, VIDIOC_QBUF                 // 把缓冲区放入队列
            }

    xawtv的几大函数:
    1. v4l2_open
    2. v4l2_read_attr/v4l2_write_attr  //读写属性
    3. v4l2_start_streaming                //申请buffer
    4. v4l2_nextframe/v4l2_waiton    

     

    二、摄像头驱动程序必需的11个ioctl:  /drivers/media/video/vivi.c   -> vivi_ioctl_ops(结构体),修改测试得知:
     .vidioc_querycap      = vidioc_querycap,  // 表示它是一个摄像头设备

      /* 用于列举、获得、测试、设置摄像头的数据的格式 */
     .vidioc_enum_fmt_vid_cap  = vidioc_enum_fmt_vid_cap,
     .vidioc_g_fmt_vid_cap     = vidioc_g_fmt_vid_cap,
     .vidioc_try_fmt_vid_cap   = vidioc_try_fmt_vid_cap,
     .vidioc_s_fmt_vid_cap     = vidioc_s_fmt_vid_cap,

      /* 缓冲区操作: 申请/查询/放入队列/取出队列 */
     .vidioc_reqbufs       = vidioc_reqbufs,
     .vidioc_querybuf      = vidioc_querybuf,
     .vidioc_qbuf          = vidioc_qbuf,
     .vidioc_dqbuf         = vidioc_dqbuf,

     // 启动/停止
     .vidioc_streamon      = vidioc_streamon,
     .vidioc_streamoff     = vidioc_streamoff, 
        
    继续分析数据的获取过程:
    1. 请求分配缓冲区: ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS                             // 请求系统分配缓冲区
                              videobuf_reqbufs(队列, v4l2_requestbuffers)   // 队列在open函数用videobuf_queue_vmalloc_init初始化
                              // 注意:这个IOCTL只是分配缓冲区的头部信息,真正的缓存还没有分配

    2. 查询映射缓冲区:
    ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF       // 查询所分配的缓冲区
            videobuf_querybuf           // 获得缓冲区的数据格式、大小、每一行长度、高度           
    mmap(参数里有"大小")              // 在这里才分配缓存
            v4l2_mmap
                vivi_mmap
                    videobuf_mmap_mapper
                        videobuf-vmalloc.c里的__videobuf_mmap_mapper
                                mem->vmalloc = vmalloc_user(pages);   // 在这里才给缓冲区分配空间

    3. 把缓冲区放入队列:
    ioctl(4, VIDIOC_QBUF               // 把缓冲区放入队列       
        videobuf_qbuf
            q->ops->buf_prepare(q, buf, field);           // 调用驱动程序提供的函数做些预处理
            list_add_tail(&buf->stream, &q->stream);  // 把缓冲区放入队列的尾部
            q->ops->buf_queue(q, buf);                     // 调用驱动程序提供的"入队列函数"

    4. 启动摄像头
    ioctl(4, VIDIOC_STREAMON
        videobuf_streamon
            q->streaming = 1;

    5. 用select查询是否有数据:select(5, [4], NULL, NULL, {5, 0}) = 1 (in [4], left {4, 985979})
              // 驱动程序里必定有: 产生数据、唤醒进程
              v4l2_poll
                    vdev->fops->poll
                        vivi_poll  
                            videobuf_poll_stream
                       // 从队列的头部获得缓冲区
                       buf = list_entry(q->stream.next, struct videobuf_buffer, stream);
                                
                       // 如果没有数据则休眠                   
                       poll_wait(file, &buf->done, wait);

        谁来产生数据、谁来唤醒它?
        内核线程vivi_thread每30MS执行一次,它调用
        vivi_thread_tick
            vivi_fillbuff(fh, buf);      // 构造数据
            wake_up(&buf->vb.done);  // 唤醒进程


    6. 有数据后从队列里取出缓冲区
    // 有那么多缓冲区,APP如何知道哪一个缓冲区有数据?  调用 VIDIOC_DQBUF
    ioctl(4, VIDIOC_DQBUF
        vidioc_dqbuf  
            // 在队列里获得有数据的缓冲区
            retval = stream_next_buffer(q, &buf, nonblocking);
           
            // 把它从队列中删掉
            list_del(&buf->stream);
           
            // 把这个缓冲区的状态返回给APP
            videobuf_status(q, b, buf, q->type);
           
    7. 应用程序根据VIDIOC_DQBUF所得到缓冲区状态,知道是哪一个缓冲区有数据
       就去读对应的地址(该地址来自前面的mmap)。

    ===> vivi.c缓冲区操作过程: ①VIDIOC_REQBUFS(分配头部信息) -> ②VIDIOC_QUERYBUF(返回属性)  / mmap(映射地址,分配实际空间) ->

              ③ VIDIOC_QBUF(把缓冲区放入队列) -> ④VIDIOC_STREAMON(启动摄像头)-> ⑤用select查询是否有数据:在队列头一个buf上操作 ->

              ⑥ VIDIOC_DQBUF(返回队列头的buf并从队列中删除) -> ⑦ VIDIOC_DQBUF(重新放回队列-③)

    怎么写摄像头驱动程序:
    1. 分配结构体:video_device:video_device_alloc
    2. 设置
       .fops
       .ioctl_ops (里面需要设置11项)
       如果要用内核提供的缓冲区操作函数,还需要构造一个videobuf_queue_ops
    3. 注册: video_register_device