V4L2驱动的移植与应用Word文档下载推荐.docx
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.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_s_std=vidioc_s_std,
.vidioc_enum_input=vidioc_enum_input,
.vidioc_g_input=vidioc_g_input,
.vidioc_s_input=vidioc_s_input,
.vidioc_queryctrl=vidioc_queryctrl,
.vidioc_g_ctrl=vidioc_g_ctrl,
.vidioc_s_ctrl=vidioc_s_ctrl,
.vidioc_streamon=vidioc_streamon,
.vidioc_streamoff=vidioc_streamoff,
#ifdefCONFIG_VIDEO_V4L1_COMPAT
.vidiocgmbuf=vidiocgmbuf,
#endif
3）vivi_template
staticstructvideo_devicevivi_template={
.name="
vivi"
.fops=&
vivi_fops,
.ioctl_ops=&
vivi_ioctl_ops,
.minor=-1,
.release=video_device_release,
.tvnorms=V4L2_STD_525_60,
.current_norm=V4L2_STD_NTSC_M,
其中函数vivi_xxx和vidioc_xxx都是在vivi.c中实现的。
如果要基于某个硬件来实现V4L2的接口，那这些函数就需要调用硬件的驱动去实现。
4）vivi_dev
struct
vivi_dev{
list_head
vivi_devlist;
//内核双向链表,在内核数据结构里有描述
semaphore
lock;
//信号量,防止竞态访问
int
users;
//用户数量计数
/*
variousdeviceinfo*/
unsigned
resources;
video_device
video_dev;
//这个成员是这个结构的核心,用面向对象的话来说就是基类
vivi_dmaqueue
vidq;
//DMA队列
Severalcounters*/
h,m,s,us,jiffies;
//定时器定义
char
timestr[13];
//其它一些资源变量.
像这样变义的结构在LinuxC中很普遍，这也是利用C来实现面向对象编程的强大方法。
建立这个结构对象之后，所有的操作都是基于这个结构，或者这个结构派生出的来的其它结构。
5）vivi_fh
vivi_fh{
vivi_dev
*dev;
videocapture*/
vivi_fmt
*fmt;
width,height;
videobuf_queue
vb_vidq;
enum
v4l2_buf_type
type;
这个结构即是vivi_dev结构的更深层次封装，基于那个结构加入了更多的描述信息，如视频制式、视频画面大小、视频缓冲队列等等。
在open的时候，会把这个结构赋给file结构中的private_data域。
在释放设备时注销.其它的像ioctl，mmap，read，write等等都会用到这个结构，其实整个模块的编写的cdev差不多。
只是视频设备的基类是video_device，而字符设备的基类是cdev而已。
2、数据传输方式:
在设备与应用程序之间有三种数据传输方式：
1）read与write这种方式，它像其它设备驱动一样，但是这种方式很慢，对于数据视频流不能满足其要求；
2）直接的内存访问，可以通过其映射方式来传输（IO数据流，交换指向缓冲区指针的方法）；
这是视频设备通常用的方法，采用mmap（）的方法，即有内核空间里开辟内存，再在程序里把这部分的内存映射到程序空间。
如果有设备内存，即直接映射到设备的内核，这种性能更高。
3）异步IO口访问，但是这种方法在V4L2模块中还没有实现。
（重要：
需要确认）
vivi中的mmap是利用第二种方法来实现的,这也是视频设备常用的方法:
static
int
vivi_mmap（struct
file*file,struct
vm_area_struct*vma）
{
vivi_fh*fh=file->
private_data;
ret;
dprintk（1,"
mmapcalled,vma=0x%08lx\n"
（unsigned
long）vma）;
ret=videobuf_mmap_mapper（&
fh->
vb_vidq,vma）;
vmastart=0x%08lx,size=%ld,ret=%d\n"
（unsigned
long）vma->
vm_start,
vm_end-（unsigned
ret）;
return
}
videobuf_mmap_mapper（&
这个核心函数把设备的I/O内存或者设备内存映射到系统为它开辟的虚拟内存。
3、操控设备的实现:
ioctl
vivi_ioctl（struct
inode*inode,struct
file*file,unsigned
cmd,unsigned
long
arg）
video_usercopy（inode,file,cmd,arg,vivi_do_ioctl）;
vivi_do_ioctl这个函数里调用一些命令来设备V4L2模块中的一些结构参数来改变或者获取设备的参数。
二、V4L2的应用
下面简单介绍一下V4L2驱动的应用流程。
1、视频采集的基本流程
一般的，视频采集都有如下流程：
2、打开视频设备
在V4L2中，视频设备被看做一个文件。
使用open函数打开这个设备：
//用非阻塞模式打开摄像头设备
intcameraFd;
cameraFd=open（"
/dev/video0"
O_RDWR|O_NONBLOCK,0）;
//如果用阻塞模式打开摄像头设备，上述代码变为：
//cameraFd=open（"
O_RDWR,0）;
关于阻塞模式和非阻塞模式：
应用程序能够使用阻塞模式或非阻塞模式打开视频设备，如果使用非阻塞模式调用视频设备，即使尚未捕获到信息，驱动依旧会把缓存（DQBUFF）里的东西返回给应用程序。
3、设定属性及采集方式
打开视频设备后，可以设置该视频设备的属性，例如裁剪、缩放等。
这一步是可选的。
在Linux编程中，一般使用ioctl函数来对设备的I/O通道进行管理：
externintioctl（int__fd,unsignedlongint__request,...）__THROW;
__fd：
设备的ID，例如刚才用open函数打开视频通道后返回的cameraFd；
__request：
具体的命令标志符。
在进行V4L2开发中，一般会用到以下的命令标志符：
VIDIOC_REQBUFS：
分配内存
VIDIOC_QUERYBUF：
把VIDIOC_REQBUFS中分配的数据缓存转换成物理地址
VIDIOC_QUERYCAP：
查询驱动功能
VIDIOC_ENUM_FMT：
获取当前驱动支持的视频格式
VIDIOC_S_FMT：
设置当前驱动的频捕获格式
VIDIOC_G_FMT：
读取当前驱动的频捕获格式
VIDIOC_TRY_FMT：
验证当前驱动的显示格式
VIDIOC_CROPCAP：
查询驱动的修剪能力
VIDIOC_S_CROP：
设置视频信号的边框
VIDIOC_G_CROP：
读取视频信号的边框
VIDIOC_QBUF：
把数据从缓存中读取出来
VIDIOC_DQBUF：
把数据放回缓存队列
VIDIOC_STREAMON：
开始视频显示函数
VIDIOC_STREAMOFF：
结束视频显示函数
VIDIOC_QUERYSTD：
检查当前视频设备支持的标准，例如PAL或NTSC。
这些IO调用，有些是必须的，有些是可选择的。
4、检查当前视频设备支持的标准
在亚洲，一般使用PAL（720X576）制式的摄像头，而欧洲一般使用NTSC（720X480），使用VIDIOC_QUERYSTD来检测：
v4l2_std_idstd;
do{
ret=ioctl（fd,VIDIOC_QUERYSTD,&
std）;
}while（ret==-1&
&
errno==EAGAIN）;
switch（std）{
caseV4L2_STD_NTSC:
//……
caseV4L2_STD_PAL:
5、设置视频捕获格式
当检测完视频设备支持的标准后，还需要设定视频捕获格式：
structv4l2_formatfmt;
memset（&
fmt,0,sizeof（fmt））;
fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.width=720;
fmt.fmt.pix.height=576;
fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_YUYV;
fmt.fmt.pix.field=V4L2_FIELD_INTERLACED;
if（ioctl（fd,VIDIOC_S_FMT,&
fmt）==-1）{
return-1;
v4l2_format结构体定义如下：
structv4l2_format
enumv4l2_buf_typetype;
//数据流类型，必须永远是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
union
{
structv4l2_pix_formatpix;
structv4l2_windowwin;
structv4l2_vbi_formatvbi;
__u8raw_data[200];
}fmt;
structv4l2_pix_format
__u32width;
//宽，必须是16的倍数
__u32height;
//高，必须是16的倍数
__u32pixelformat;
//视频数据存储类型，例如是YUV4：
2：
2还是RGB
enumv4l2_fieldfield;
__u32bytesperline;
__u32sizeimage;
enumv4l2_colorspacecolorspace;
__u32priv;
6、分配内存
接下来可以为视频捕获分配内存：
structv4l2_requestbuffersreq;
if（ioctl（fd,VIDIOC_REQBUFS,&
req）==-1）{
v4l2_requestbuffers定义如下：
structv4l2_requestbuffers
__u32count;
//缓存数量，也就是说在缓存队列里保持多少张照片
enumv4l2_memorymemory;
//V4L2_MEMORY_MMAP或V4L2_MEMORY_USERPTR
__u32reserved[2];
7、获取并记录缓存的物理空间
使用VIDIOC_REQBUFS，我们获取了req.count个缓存，下一步通过调用VIDIOC_QUERYBUF命令来获取这些缓存的地址，然后使用mmap函数转换成应用程序中的绝对地址，最后把这段缓存放入缓存队列：
typedefstructVideoBuffer{
void*start;
size_tlength;
}VideoBuffer;
VideoBuffer*buffers=calloc（req.count,sizeof（*buffers））;
structv4l2_bufferbuf;
for（numBufs=0;
numBufs<
req.count;
numBufs++）{
memset（&
buf,0,sizeof（buf））;
buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
buf.index=numBufs;
//读取缓存
if（ioctl（fd,VIDIOC_QUERYBUF,&
buf）==-1）{
}
buffers[numBufs].length=buf.length;
//转换成相对地址
buffers[numBufs].start=mmap（NULL,buf.length,
PROT_READ|PROT_WRITE,
MAP_SHARED,
fd,buf.m.offset）;
if（buffers[numBufs].start==MAP_FAILED）{
//放入缓存队列
if（ioctl（fd,VIDIOC_QBUF,&
8、关于视频采集方式
操作系统一般把系统使用的内存划分成用户空间和内核空间，分别由应用程序管理和操作系统管理。
应用程序可以直接访问内存的地址，而内核空间存放的是供内核访问的代码和数据，用户不能直接访问。
v4l2捕获的数据，最初是存放在内核空间的，这意味着用户不能直接访问该段内存，必须通过某些手段来转换地址。
一共有三种视频采集方式：
1）使用read、write方式：
直接使用read和write函数进行读写。
这种方式最简单，但是这种方式会在用户空间和内核空间不断拷贝数据，同时在用户空间和内核空间占用了大量内存，效率不高。
2）内存映射方式（mmap）：
把设备里的内存映射到应用程序中的内存控件，直接处理设备内存，这是一种有效的方式。
上面的mmap函数就是使用这种方式。
3）用户指针模式：
内存由用户空间的应用程序分配，并把地址传递到内核中的驱动程序，然后由v4l2驱动程序直接将数据填充到用户空间的内存中。
这点需要在v4l2_requestbuffers里将memory字段设置成V4L2_MEMORY_USERPTR。
第一种方式效率是最低的，后面两种方法都能提高执行的效率，但是对于mmap方式，文档中有这样一句描述--Rememberthebuffersareallocatedinphysicalmemory,asopposedtovirtualmemorywhichcanbeswappedouttodisk.Applicationsshouldfreethebuffersassoonaspossiblewiththemunmap（）function.（使用mmap方法的时候，buffers相当于是在内核空间中分配的，这种情况下，这些buffer是不能被交换到虚拟内存中，虽然这种方法不怎么影响读写效率，但是它一直占用着内核空间中的内存，当系统的内存有限的时候，如果同时运行有大量的进程，则对系统的整体性能会有一定的影响。
）
所以，对于三种视频采集方式的选择，推荐的顺序是userptr、mmap、read-write。
当使用mmap或userptr方式的时候，有一个环形缓冲队列的概念，这个队列中，有n个buffer，驱动程序采集到的视频帧数据，就是存储在每个buffer中。
在每次用VIDIOC_DQBUF取出一个buffer，并且处理完数据后，一定要用VIDIOC_QBUF将这个buffer再次放回到环形缓冲队列中。
环形缓冲队列，也使得这两种视频采集方式的效率高于直接read/write。
9、处理采集数据
V4L2有一个数据缓存，存放req.count数量的缓存数据。
数据缓存采用FIFO的方式，当应用程序调用缓存数据时，缓存队列将最先采集到的视频数据缓存送出，并重新采集一张视频数据。
这个过程需要用到两个ioctl命令,VIDIOC_DQBUF和VIDIOC_QBUF：
memset（&
buf,0,sizeof（buf））;
buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
buf.index=0;
//读取缓存
if（ioctl（cameraFd,VIDIOC_DQBUF,&
buf）==-1）
//…………视频处理算法
//重新放入缓存队列
if（ioctl（cameraFd,VIDIOC_QBUF,&
10、关闭视频设备
使用close函数关闭一个视频设备
close（cameraFd）
三、V4L2的demo
capture.c是官方示例程序。
capture.c程序中的process_image函数：
capture.c程序主要是用来演示怎样使用v4l2接口，并没有对采集到的视频帧数据做任何实际的处理，仅仅用process_image函数表示了处理图像的代码位置。
process_image函数只有一个参数，就是存储视频帧的内存的地址指针，但是在真正的应用中，通常还需要知道该指针指向的数据的大小。
因此可以修改函数，改成voidprocess_image（constvoid*p,intlen），但是每次调用process_image的时候，第2个参数该传递什么值？
考虑
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