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Camera V4L2 架构分析

2017-11-10 10:24 351 查看
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V4L2相关代码位于linux-3.4/drivers/media/video目录中。

v4l2-dev.c文件提供设备节点实现与用户层数据交流,设备节点在/dev/目录下以video0、video1等名字出现。注册字符设备的语句如下:

[java] view
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/* Part 3: Initialize the character device */  

vdev->cdev = cdev_alloc();  

if (vdev->cdev == NULL) {  

    ret = -ENOMEM;  

    goto cleanup;  

}     

vdev->cdev->ops = &v4l2_fops;  

vdev->cdev->owner = owner;  

ret = cdev_add(vdev->cdev, MKDEV(VIDEO_MAJOR, vdev->minor), 1);   

if (ret < 0) {  

    printk(KERN_ERR "%s: cdev_add failed\n", __func__);  

    kfree(vdev->cdev);  

    vdev->cdev = NULL;  

    goto cleanup;  

}     

  

/* Part 4: register the device with sysfs */  

vdev->dev.class = &video_class;  

vdev->dev.devt = MKDEV(VIDEO_MAJOR, vdev->minor);  

if (vdev->parent)  

    vdev->dev.parent = vdev->parent;  

dev_set_name(&vdev->dev, "%s%d", name_base, vdev->num);  

ret = device_register(&vdev->dev);  

只要调用函数video_register_device即可把一个video_device注册到V4L2架构中;但这只是一个总纲领,Camera驱动主要是实现V4L2的一个子系统的功能,子系统用一个v4l2_subdev结构体来描述,只有实现好了系统要求的相关函数操作,最后一步才是注册到V4L2中。

子系统实现的方式每个平台都有差别,这里分析的是全志A23平台的代码。

在sunxi-vfe/vfe.c文件中,以platform形式注册了前后摄像头的平台资源。匹配过程忽略,最终vfe_probe函数会被调用。在probe中,看到有函数v4l2_i2c_new_subdev_board:

[java] view
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    /* Create the i2c client */  

    if (info->addr == 0 && probe_addrs)  

        client = i2c_new_probed_device(adapter, info, probe_addrs,  

                           NULL);  

    else  

        client = i2c_new_device(adapter, info);  

...............................  

    /* Register with the v4l2_device which increases the module's 

       use count as well. */  

    if (v4l2_device_register_subdev(v4l2_dev, sd))                                                                                                               

        sd = NULL;  

这里的client获得在之前写的I2C驱动的文章已经分析过,可见驱动的知识都是环环相扣的;根据I2C驱动文章的分析可知获取client过程中,device_register(&client->dev)会被调用,而根据device和device_driver的模型关系可知,device所在的bus总线会进行匹配,device处于i2c总线下,根据I2C
match函数的匹配,名字相同的device_driver将被匹配中;我们假设i2c_client的name为"ov5460"吧,这样ov5460.c中看看:

[java] view
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static struct i2c_driver sensor_driver = {  

  .driver = {  

    .owner = THIS_MODULE,  

  .name = SENSOR_NAME,  

  },  

  .probe = sensor_probe,                                                                                                                                         

  .remove = sensor_remove,  

  .id_table = sensor_id,  

};  

毫无疑问,sensor_probe函数会被调用了:

[java] view
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static int sensor_probe(struct i2c_client *client,                                                                                                               

      const struct i2c_device_id *id)  

{  

  struct v4l2_subdev *sd;  

  struct sensor_info *info;  

//  int ret;  

  

  info = kzalloc(sizeof(struct sensor_info), GFP_KERNEL);  

  if (info == NULL)  

    return -ENOMEM;  

  sd = &info->sd;  

  glb_sd = sd;  

  v4l2_i2c_subdev_init(sd, client, &sensor_ops);  

  

  info->fmt = &sensor_formats[0];  

  info->af_first_flag = 1;  

  info->init_first_flag = 1;  

  info->auto_focus = 0;  

  

  return 0;  

}  

这里就看到了前面提到的v4l2_subdev结构体,v4l2_i2c_subdev_init函数会进入v4l2-subdev.c进行一系列初始化操作,并且用i2c_set_clientdata(client, sd);保存子系统指针,以便后续取出。这里sensor_ops结构体即为子系统支持的类型:

[java] view
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static const struct v4l2_subdev_ops sensor_ops = {                                                                                                               

  .core = &sensor_core_ops,  

  .video = &sensor_video_ops,  

};  

Camera当然是是video的了,core是核心,应该是不可少的操作吧。其实v4l2_subdev所支持的类型很多,其全部类型定义如下:

[java] view
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struct v4l2_subdev_ops {                                                                                                                                         

    const struct v4l2_subdev_core_ops   *core;  

    const struct v4l2_subdev_tuner_ops  *tuner;  

    const struct v4l2_subdev_audio_ops  *audio;  

    const struct v4l2_subdev_video_ops  *video;  

    const struct v4l2_subdev_vbi_ops    *vbi;  

    const struct v4l2_subdev_ir_ops     *ir;  

    const struct v4l2_subdev_sensor_ops *sensor;  

    const struct v4l2_subdev_pad_ops    *pad;  

};  

tuner应该属于电视一类的吧,还有ir,红外;audio,音频等。看看video要实现的操作:

[java] view
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struct v4l2_subdev_video_ops {  

    int (*s_routing)(struct v4l2_subdev *sd, u32 input, u32 output, u32 config);  

    int (*s_crystal_freq)(struct v4l2_subdev *sd, u32 freq, u32 flags);  

    int (*s_std_output)(struct v4l2_subdev *sd, v4l2_std_id std);  

    int (*g_std_output)(struct v4l2_subdev *sd, v4l2_std_id *std);  

    int (*querystd)(struct v4l2_subdev *sd, v4l2_std_id *std);  

    int (*g_tvnorms_output)(struct v4l2_subdev *sd, v4l2_std_id *std);  

    int (*g_input_status)(struct v4l2_subdev *sd, u32 *status);  

    int (*s_stream)(struct v4l2_subdev *sd, int enable);  

    int (*cropcap)(struct v4l2_subdev *sd, struct v4l2_cropcap *cc);  

    int (*g_crop)(struct v4l2_subdev *sd, struct v4l2_crop *crop);  

    int (*s_crop)(struct v4l2_subdev *sd, struct v4l2_crop *crop);                                                                                               

    int (*g_parm)(struct v4l2_subdev *sd, struct v4l2_streamparm *param);  

    int (*s_parm)(struct v4l2_subdev *sd, struct v4l2_streamparm *param);  

    int (*g_frame_interval)(struct v4l2_subdev *sd,  

                struct v4l2_subdev_frame_interval *interval);  

    int (*s_frame_interval)(struct v4l2_subdev *sd,  

                struct v4l2_subdev_frame_interval *interval);  

    int (*enum_framesizes)(struct v4l2_subdev *sd, struct v4l2_frmsizeenum *fsize);  

    int (*enum_frameintervals)(struct v4l2_subdev *sd, struct v4l2_frmivalenum *fival);  

    int (*enum_dv_presets) (struct v4l2_subdev *sd,  

            struct v4l2_dv_enum_preset *preset);  

    int (*s_dv_preset)(struct v4l2_subdev *sd,  

            struct v4l2_dv_preset *preset);  

    int (*g_dv_preset)(struct v4l2_subdev *sd,  

            struct v4l2_dv_preset *preset);  

    int (*query_dv_preset)(struct v4l2_subdev *sd,  

            struct v4l2_dv_preset *preset);  

    int (*s_dv_timings)(struct v4l2_subdev *sd,  

            struct v4l2_dv_timings *timings);  

    int (*g_dv_timings)(struct v4l2_subdev *sd,  

            struct v4l2_dv_timings *timings);  

    int (*enum_mbus_fmt)(struct v4l2_subdev *sd, unsigned int index,  

                 enum v4l2_mbus_pixelcode *code);  

    int (*enum_mbus_fsizes)(struct v4l2_subdev *sd,  

                 struct v4l2_frmsizeenum *fsize);  

    int (*g_mbus_fmt)(struct v4l2_subdev *sd,  

              struct v4l2_mbus_framefmt *fmt);  

    int (*try_mbus_fmt)(struct v4l2_subdev *sd,  

                struct v4l2_mbus_framefmt *fmt);  

    int (*s_mbus_fmt)(struct v4l2_subdev *sd,  

              struct v4l2_mbus_framefmt *fmt);  

    int (*g_mbus_config)(struct v4l2_subdev *sd,  

                 struct v4l2_mbus_config *cfg);  

    int (*s_mbus_config)(struct v4l2_subdev *sd,  

                 const struct v4l2_mbus_config *cfg);  

};  

太多了,这就是一个具体摄像头主要实现的操作,而ov5640只是支持其中一部分操作而已:

[java] view
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static const struct v4l2_subdev_core_ops sensor_core_ops = {  

  .g_chip_ident = sensor_g_chip_ident,  

  .g_ctrl = sensor_g_ctrl,  

  .s_ctrl = sensor_s_ctrl,  

  .queryctrl = sensor_queryctrl,  

  .reset = sensor_reset,  

  .init = sensor_init,  

  .s_power = sensor_power,  

  .ioctl = sensor_ioctl,  

};  

[java] view
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static const struct v4l2_subdev_video_ops sensor_video_ops = {  

  .enum_mbus_fmt = sensor_enum_fmt,                                                                                                                              

  .enum_framesizes = sensor_enum_size,  

  .try_mbus_fmt = sensor_try_fmt,  

  .s_mbus_fmt = sensor_s_fmt,  

  .s_parm = sensor_s_parm,  

  .g_parm = sensor_g_parm,  

  .g_mbus_config = sensor_g_mbus_config,  

};  

这样回到v4l2_i2c_new_subdev_board函数中,调用v4l2_device_register_subdev把sd注册到了子系统中去。

回到vfe.c的probe函数中。常用到的操作是v4l2_subdev_call,其实这是一个宏:

[java] view
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#define v4l2_subdev_call(sd, o, f, args...)             \                                                                                                        

    (!(sd) ? -ENODEV : (((sd)->ops->o && (sd)->ops->o->f) ? \  

        (sd)->ops->o->f((sd) , ##args) : -ENOIOCTLCMD))  

好处在于检查子系统是否支持某个操作,比如上述ov5640的,只支持sensor_core_ops和sensor_video_ops所定义的操作。其他的返回error。

最后:

[java] view
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vfd = video_device_alloc();  

*vfd = vfe_template;  

ret = video_register_device(vfd, VFL_TYPE_GRABBER, dev->id);  

分配video_device空间并赋值,赋值内容如下:

[java] view
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static struct video_device vfe_template = {                                                                                                                      

  .name       = "vfe",  

  .fops       = &vfe_fops,  

  .ioctl_ops  = &vfe_ioctl_ops,  

  .release    = video_device_release,  

};  

最后注册到了V4L2系统中。

如果从上层ioctl调用开始分析,vdev->fops->ioctl(filp, cmd, arg);调用的就是这里的vfe_fops:

[java] view
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static const struct v4l2_file_operations vfe_fops = {  

  .owner          = THIS_MODULE,  

  .open           = vfe_open,  

  .release        = vfe_close,  

  .read           = vfe_read,  

  .poll           = vfe_poll,  

  .ioctl          = video_ioctl2,                                                                                                                                

  //.unlocked_ioctl =   

  .mmap           = vfe_mmap,  

};    

video_ioctl2是要调用v4l2-ioctl.c通用的ioctl来处理,它会检查用户空间参数时候合法等操作。在该文件中调用__video_do_ioctl函数,包含了所有V4L2支持的ioctl操作命令,函数很长,代码就不贴出来了;在该ioctl中最终才调用vfe_ioctl_ops的操作:

[java] view
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static const struct v4l2_ioctl_ops vfe_ioctl_ops = {                                                                                                             

  .vidioc_querycap          = vidioc_querycap,  

  .vidioc_enum_fmt_vid_cap  = vidioc_enum_fmt_vid_cap,  

  .vidioc_enum_framesizes   = vidioc_enum_framesizes,  

  .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,  

  .vidioc_reqbufs           = vidioc_reqbufs,  

  .vidioc_querybuf          = vidioc_querybuf,  

  .vidioc_qbuf              = vidioc_qbuf,  

  .vidioc_dqbuf             = vidioc_dqbuf,  

  .vidioc_enum_input        = vidioc_enum_input,  

  .vidioc_g_input           = vidioc_g_input,  

  .vidioc_s_input           = vidioc_s_input,  

  .vidioc_streamon          = vidioc_streamon,  

  .vidioc_streamoff         = vidioc_streamoff,  

  .vidioc_queryctrl         = vidioc_queryctrl,  

  .vidioc_g_ctrl            = vidioc_g_ctrl,  

  .vidioc_s_ctrl            = vidioc_s_ctrl,  

  .vidioc_g_parm            = vidioc_g_parm,  

  .vidioc_s_parm            = vidioc_s_parm,  

#ifdef CONFIG_VIDEO_V4L1_COMPAT  

  .vidiocgmbuf              = vidiocgmbuf,  

#endif  

};  

而在这些通用的函数操作用,最终用v4l2_subdev_call来调用具体的Camera操作如ov5640
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