不同硬件平台上移植Android的Camera系统

原文：/article/2326740.html

对于一个芯片公司，当一款芯片成型后，往往会根据不同客户的不同需求，设计不同的开发板卡，使用不同的外设，但它们的“芯”却是同一颗芯。对于我们刚成型的芯片XP8008（因设计公司机密，随便命名作为代称），就面临着很多这样的情况。
一、 硬件环境描述
当初使用芯片XP8008做Android平台下camera移植时，我们自己设计了开发板卡，使用了公司常用的sensor。Sensor的厂家很多，而且不同sensor都各有利弊。对于sensor的选择，一方面考虑芯片的支持能力，另一方面考虑客户的需求。这里，我假设我们开发阶段使用的sensor型号分别为SSA5526和SSA9076.，SSA5526做为后摄像头，200万像素，SSA9076做为前摄像头，30万像素。目前，已经在这样的硬件环境下，将Android的Camera系统移植了上去。该项目叫做PHONE001。
最近有一家客户要使用我们的芯片XP8008，但是他们要用的sensor型号为：SSB0520和SSB0903。这两款sensor来自于另外一个厂家。它们的功能与我开发阶段用的相似，像素值完全一样。但不同的是，每个厂家都有自己的寄存器地址选择和bit位意义，而且上电流程也未必一样。
从整个硬件平台上来看，由于所用芯片相同，只有sensor型号不同，所以可以说整个Camera系统的移植，实际上就是不同sensor驱动的移植。
二、 Camera硬件系统分析
从sensor本身的引脚来看，它们一般有如下一些需要配置的引脚：RESET，PWRDWN，VSYNC，HSYNC，PCLK，MCLK，SCA，SCL，AVDD，DVDD，IOVDD，还有就是数据引脚了。对于30万像素的sensor有8个数据引脚：D0——D7，对于200万像素的sensor有10个数据引脚：D0——D9。
这些引脚的意义大致如下：
RESET：用来reset sensor；RESET一般是低有效，当脉冲为低时，reset sensor，而正常工作时，应该为高。SSA5526中，其为低有效。
PWRDWN：power down引脚，切断供电。PWRDWN一般高有效，当脉冲为高时，进入省电模式，而正常工作时为低。但有些sensor却是低有效，比如SSB0520。在使用不同sensor时，就需要注意这点。SSA5526中，其为高有效。
HSYNC：行同步，sensor在抓取一行数据开始的时刻，通过HSYNC引脚向Camera interface发出信号，告知其。SSA5526中，其为高有效。
VSYNC：帧同步，这个与HSYNC对应，在sensor抓取一帧数据开始时，通过VSYNC引脚向Camera interface发出信号，告知其。SSA5526中，其为低有效。
PCLK：理解为sensor抓取一个像素的脉冲高低。SSA5526中，其为低有效。
MCLK：sensor工作的时钟频率。
SCA和SCL：这是I2C的两条总线线路：SDA为串行数据线，SCL为串行时钟线。它们的工作原理，可以参考注1。
AVDD，DVDD，IOVDD为电压引脚。AVDD为模拟电源引脚，DVDD和IOVDD为数字电源引脚。DVDD和IOVDD的关系有待确认。AVDD和IOVDD的关系参考注2。
根据sensor自身的引脚，我们就可以推想出芯片中Camera部分的引脚。如果芯片只支持一个Camera，那芯片只需要上述的引脚即可。但是当芯片支持双Camera时，就需要额外的引脚。PWRDWN需要两个引脚，分别控制不同的sensor，这是因为不同sensor的PWRDWN有效脉冲不一样。另外，数据传输引脚采用CCIR656标准，统一设计了8个数据引脚。
三、 Sensor驱动框架设计
由于不同客户对Sensor的需求不同，可能随时更换不同型号的sensor，所以应该设计一套统一的sensor驱动接口。当sensor型号发生变化时，只需更换对应的文件即可。调用sensor驱动的程序不用变化。鉴于此，我设计如下几个文件：sensor_driver.c/sensor_driver.h用于定义并实现sensor的统一接口。Sensor_SSA5526.c/ Sensor_SSA9076.c/ Sensor_SSB0520.c/ Sensor_SSB0903.c用于不同型号的sensor去实现支持sensor的统一接口。
在文件sensor_driver.h中，定义一个可以描述sensor所有信息的结构体struct sensor_info_t。它包含成员：
I2C读写地址，SSA5526中，I2C写地址为0x60，读地址为0x61；
RESET，PWRDWN，VSYNC，HSYNC，PCLK的有效电平配置；
AVDD，DVDD，IOVDD的电压值配置；
Sensor型号识别信息；
Sensor所支持的捕获图像的最大长和宽，以及图像的格式等；
Sensor支持不同长和宽捕获图像数据时的相应寄存器配置；
Sensor支持的特效的函数接口，比如白平衡调节，亮度变化，饱和度变化，防闪烁等；
这些信息包含了整个Sensor的所有属性及功能，通过获取该结构体，对其操作，可以控制该Sensor。
定义两个这样的结构体：
struct sensor_info_t sensor_front_t;
struct sensor_info_t sensor_back_t;
文件Sensor_SSA5526.c/ Sensor_SSB0520.c去实现sensor_back_t，作为后摄像头；文件Sensor_SSA9076.c/ Sensor_SSB0903.c去实现sensor_front_t，作为前摄像头。在文件sensor_driver.c使用sensor_front_t和sensor_back_t即可。
在文件sensor_driver.h中也定义了供V4L2驱动所调用的sensor统一接口，包含如下接口：
Int sensor_init(uint32_t sensor_id);根据场景，选择前或后sensor，进行初始化；
Int sensor_deinit(void);注销当前使用的sensor；
Int sensor_ioctl(uint32_t cmd, uint32_t arg);通过IOCTRL，调用sensor的特效函数；
Int sensor_set_size(uint32_t width, uint32_t height);设置sensor所要抓取的图像的大小；
这几个接口在sensor_driver.c中实现。
项目不同，使用的sensor也不同。在Makefile中，可以根据项目名称来选择编译哪些型号的sensor文件。比如，当前项目为PHONE002，使用的sensor为SSB0520和SSB0903，以前的项目为PHONE001，使用的sensor为SSA5526和SSA9076，就可以这样写：
Obj-$(CONFIG_PHONE001) += SSA5526.o SSA9076.o
Obj-$(CONFIG_PHONE002) += SSB0520.o SSB0903.o
当编译不同项目时，就会编译对应的sensor驱动文件。
四、 Sensor驱动移植
根据上面描述的Sensor驱动框架设计，在移植sensor驱动时，需要做的就是实现SSB0520.c/SSB0903.c，然后修改Makefile文件即可。对于文件SSB0520.c/SSB0903.c的实现，应该参考SSA5526.c/SSA9076.c的实现，使所有的sensor驱动文件都保持同样的风格，有利于以后的驱动修改。
五、 Camera系统测试
Sensor驱动移植完了，别的文件都不用修改，直接编译。等新的code下载到新的板卡上去后，就可以开机进行Camera测试了。对于新的sensor，我们必须进行全面的功能测试，以确保sensor驱动的正确性。
六、 参考
[注1]I2C工作原理
ISDA数据，SCL时钟.时钟是单片机工作的必要条件之一.单片机的工作必要条件有三个,电源,时钟,复位电路.SDA是单片机工作时传输各种数据的接口。
I2C 总线是一种串行数据总线，只有二根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。在I2C 总线上传送的一个数据字节由八位组成。总线对每次传送的字节数没有限制，但每个字节后必须跟一位应答位。数据传送首先传送最高位(MSB)。首先由主机发出启动信号“S”(SDA在SCL 高电平期间由高电平跳变为低电平)，然后由主机发送一个字节的数据。启动信号后的第一个字节数据具有特殊含义：高七位是从机的地址，第八位是传送方向位，0 表示主机发送数据(写)，1表示主机接收数据(读)。被寻址到的从机设备按传送方向位设置为对应工作方式。标准I2C
总线的设备都有一个七位地址，所有连接在I2C 总线上的设备都接收启动信号后的第一个字节，并将接收到的地址与自己的地址进行比较，如果地址相符则为主机要寻访的从机，应答在第九位时钟脉冲时向SDA 线送出低电平作为应答。除了第一字节是通用呼叫地址之外第二字节开始即数据字节。数据传送完毕，由主机发出停止信号“P”(SDA在SCL 高电平期间由低电平跳变为高电平)。
[注2] AVDD和IOVDD的关系
AVDD是模拟电源引脚，IOVDD是数字电源引脚，它们应该分别供电，即最好不要采用一个电源供电，在不得不采用一个电源供电时，需要采取隔离、退耦措施，以避免数据电路电源上的噪声对模拟电路通过模拟电源产生干扰。在采用两个电源分别对模拟电路和数字电路分别供电时，可以采用不同的电源电压。如对模拟电路供电的电源电压为3.0V而对数字电路供电的电源电压为3.3V；或者反过来。更多描述，可参考
http://www.eefocus.com/html/09-08/79319s.shtml

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0.0.1	2011-04-09	Wangxiaozhe wxiaozhe@163.com QQ：1226062415	Init draft.