25、写一个USB摄像头驱动程序

1.构造一个usb_driver
2.设置
  probe:
    2.1. 分配video_device:video_device_alloc
    2.2. 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
    2.3. 注册: video_register_device
  id_table: 表示支持哪些USB设备
3.注册: usb_register

(UVC规格,一般即插即用的USB摄像头都复合该规则)
UVC: USB Video Class
UVC驱动:drivers\media\video\uvc\

uvc_driver.c分析:
1. usb_register(&uvc_driver.driver);
2. uvc_probe
   uvc_register_video
    vdev = video_device_alloc();
    vdev->fops = &uvc_fops;
    video_register_device

在www.usb.org下载 uvc specification,
UVC 1.5 Class specification.pdf : 有详细描述
USB_Video_Example 1.5.pdf : 有示例

通过VideoControl Interface来控制,
通过VideoStreaming Interface来读视频数据,
VC里含有多个Unit/Terminal等功能模块,可以通过访问这些模块进行控制,比如调亮度

分析UVC驱动调用过程:
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 应该是在设备被枚举时分析描述符时设置的
  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数组应是在设备被枚举时设置的
  format = &video->streaming->format[fmt->index];
4. VIDIOC_G_FMT
  uvc_v4l2_get_format // USB摄像头支持多种格式fromat, 每种格式下有多种frame(比如分辨率)
    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 // 只是把参数保存起来,还没有发给USB摄像头
  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); // 复制参数
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) // 把所设置的参数发给硬件,然后启动摄像头
    /* Commit the streaming parameters. */
    uvc_commit_video
      uvc_set_video_ctrl /* 设置格式fromat, frame */
        ret = __uvc_query_ctrl(video->dev /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, 0,
          video->streaming->intfnum /* 哪一个接口: VS */,
            probe ? VS_PROBE_CONTROL : VS_COMMIT_CONTROL, data, size,
            uvc_timeout_param);

    /* 启动: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; (收到数据后此函数被调用,它又调用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); // 休眠等待有数据

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);

分析设置亮度过程:
ioctl: VIDIOC_S_CTRL
    uvc_ctrl_set(设置)
    uvc_ctrl_commit(提交)
      __uvc_ctrl_commit(video, 0);
        uvc_ctrl_commit_entity(video->dev, entity, rollback);
          ret = uvc_query_ctrl(dev /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, ctrl->entity->id /* 哪一个unit/terminal */,
          dev->intfnum /* 哪一个接口: VC interface */, ctrl->info->selector,
          uvc_ctrl_data(ctrl, UVC_CTRL_DATA_CURRENT),
          ctrl->info->size);

总结:
1. UVC设备有2个interface: VideoControl Interface, VideoStreaming Interface
2. VideoControl Interface用于控制,比如设置亮度。它内部有多个Unit/Terminal(在程序里Unit/Terminal都称为entity)
可以通过类似的函数来访问:
  ret = uvc_query_ctrl(dev /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, ctrl->entity->id /* 哪一个unit/terminal */,
      dev->intfnum /* 哪一个接口: VC interface */, ctrl->info->selector,
      uvc_ctrl_data(ctrl, UVC_CTRL_DATA_CURRENT),
      ctrl->info->size);
3. VideoStreaming Interface用于获得视频数据,也可以用来选择fromat/frame(VS可能有多种format, 一个format支持多种frame, frame用来表示分辨率等信息)
可以通过类似的函数来访问:
  ret = __uvc_query_ctrl(video->dev /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, 0,
      video->streaming->intfnum /* 哪一个接口: VS */,
      probe ? VS_PROBE_CONTROL : VS_COMMIT_CONTROL, data, size,
      uvc_timeout_param);
4. 我们在设置FORMAT时只是简单的使用video->streaming->format[fmt->index]等数据,
这些数据哪来的?
应是设备被枚举时设置的,也就是分析它的描述符时设置的。

5. UVC驱动的重点在于:
描述符的分析
属性的控制: 通过VideoControl Interface来设置
格式的选择:通过VideoStreaming Interface来设置
数据的获得:通过VideoStreaming Interface的URB来获得

原文地址:https://www.cnblogs.com/liusiluandzhangkun/p/8728188.html

时间: 2024-11-05 14:47:53

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