(七) UVC框架分析


title: UVC框架分析
date: 2019/4/23 19:50:00
toc: true
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UVC框架分析

源码的位置在drivers\media\video\uvc,查看下Makefile,我们可以从入口uvc_driver.c中分析

uvcvideo-objs  := uvc_driver.o uvc_queue.o uvc_v4l2.o uvc_video.o uvc_ctrl.o                   uvc_status.o uvc_isight.o uvc_debugfs.o
ifeq ($(CONFIG_MEDIA_CONTROLLER),y)
uvcvideo-objs  += uvc_entity.o
endif
obj-$(CONFIG_USB_VIDEO_CLASS) += uvcvideo.o

入口函数

module_init(uvc_init);
    >usb_register(&uvc_driver.driver)

struct uvc_driver uvc_driver = {
    .driver = {
        .name       = "uvcvideo",
        .probe      = uvc_probe,
        .disconnect = uvc_disconnect,
        .suspend    = uvc_suspend,
        .resume     = uvc_resume,
        .reset_resume   = uvc_reset_resume,
        .id_table   = uvc_ids,
        .supports_autosuspend = 1,
    },
};

这里的id_table表示能够支持哪些设备,probe表示匹配到之后执行probe函数

uvc_probe

uvc_register_chains
    uvc_register_terms
        uvc_register_video
            uvc_video_init
            // 这里就是以前vivi中讲的 设置
            video_device_alloc
            vdev->v4l2_dev = &dev->vdev;
            vdev->fops = &uvc_fops;
            vdev->release = uvc_release;
            strlcpy(vdev->name, dev->name, sizeof vdev->name);
            //注册
            video_register_device(vdev, VFL_TYPE_GRABBER, -1);

文件ops

const struct v4l2_file_operations uvc_fops = {
    .owner      = THIS_MODULE,
    .open       = uvc_v4l2_open,
    .release    = uvc_v4l2_release,
    .unlocked_ioctl = uvc_v4l2_ioctl,
    .read       = uvc_v4l2_read,
    .mmap       = uvc_v4l2_mmap,
    .poll       = uvc_v4l2_poll,

};

UVC规格书一览

搜索下uvc Specification,链接在此,主要是USB_Video_Example 1.5.pdf和UVC 1.5 Class specification.pdf

先来看下USB_Video_Example中的图

再来看下规格书的基本描述,参考链接,这个unit实际上就是一个个内部的功能模块,terminal是用于连接内外的功能模块.

Unit

Unit提供了基础模块来全面描述大部分的视频功能,一个Unit可以由一个或多个输入引脚和仅一个输出引脚(这里的每一个pin代表一个逻辑上的数据流) ,Unit可以通过pin引脚连接在一起,一个输出pin可以连接多个输入pin,但一个输入pin只能连接一个输出pin

Select Unit

这个就是多路选择unit

Processing Unit

处理Unit (PU)控制流经它的视频流图像属性。
User Controls

  • Brightness
  • Hue
  • Saturation
  • Sharpness
  • Gamma
  • Digital Multiplier (Zoom)

Auto Controls

  • White Balance Temperature
  • White Balance Component
  • Backlight Compensation
  • Contrast
  • Other

Gain

  • Power Line Frequency
  • Analog Video Standard
  • Analog Video Lock Status

Terminal

链接内外的功能模块,一个输入和一个输出

  • Input Terminal
  • Out Terminal
  • Camera Terminal 控制端点.有些设备可能没有
    • Scanning Mode扫描模式
    • Auto-Exposure Mode自动曝光模式
    • Auto-Exposure Priority自动曝光优先级
    • Exposure Time 曝光时间
    • Focus聚焦
    • Auto-Focus自动聚焦
    • Simple Focus简单聚焦
    • Iris红外
    • Zoom放大
    • Pan摇动
    • Roll滚动
    • Tilt倾斜
    • Digital Windowing数字窗口

总的来说就是一个摄像头,一定会有起码1个的VS视频流接口,但不一定有vs控制接口.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

APP使用UVC驱动过程

uvc_register_chains
    uvc_register_terms
        uvc_register_video
            uvc_video_init
            // 这里就是以前vivi中讲的 设置
            video_device_alloc
            vdev->v4l2_dev = &dev->vdev;
            vdev->fops = &uvc_fops;
            vdev->release = uvc_release;
            strlcpy(vdev->name, dev->name, sizeof vdev->name);
            //注册
            video_register_device(vdev, VFL_TYPE_GRABBER, -1);

APP调用过程
    open
        uvc_v4l2_open
    unlocked_ioctl
        uvc_v4l2_ioctl
            uvc_v4l2_do_ioctl
                case VIDIOC_QUERYCAP:
                    .....

VIDIOC_QUERYCAP
    //通过 stream->type 来设置,这个type 应该是在设备枚举时设置
        if (stream->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;

VIDIOC_ENUM_FMT
    //通过 stream->format
    format = &stream->format[fmt->index];
VIDIOC_G_FMT
    // 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)
    uvc_v4l2_get_format(stream, arg)
        format = stream->cur_format;
        frame = stream->cur_frame;
        fmt->fmt.pix.pixelformat = format->fcc;
        fmt->fmt.pix.width = frame->wWidth;
        fmt->fmt.pix.height = frame->wHeight;
VIDIOC_TRY_FMT
    uvc_v4l2_try_format(stream, arg, &probe, NULL, NULL)
        /* Check if the hardware supports the requested format. */
        // 根据 stream中的format 来比较
        format = &stream->format[i]
        if(format->fcc == fmt->fmt.pix.pixelformat)
        /* Find the closest image size */
        //找到最接近的图像大小
VIDIOC_S_FMT
    uvc_v4l2_set_format(stream, arg)
        // 只是尝试把参数保存,并没有发起usb传输
        uvc_v4l2_try_format(stream, fmt, &probe, &format, &frame)

VIDIOC_REQBUFS
    uvc_alloc_buffers(&stream->queue, arg);
        vb2_reqbufs(&queue->queue, rb);

VIDIOC_QUERYBUF
    //查询buf
    uvc_query_buffer
        vb2_querybuf
            __fill_v4l2_buffer
mmap
    uvc_v4l2_mmap
        uvc_queue_mmap
            vb2_mmap

VIDIOC_QBUF
    uvc_queue_buffer
        vb2_qbuf

VIDIOC_STREAMON
    uvc_video_enable // 把所设置的参数发给硬件,然后启动摄像头
        uvc_queue_enable
            vb2_streamon
                q->streaming = 1;
        /* Commit the streaming parameters. */
        ret = uvc_commit_video(stream, &stream->ctrl);
            uvc_set_video_ctrl /* 设置格式fromat, frame */
                __uvc_query_ctrl
                    usb_control_msg //usb传输
        //启动urb传输
        uvc_init_video
            uvc_video_stats_start(stream);

            uvc_init_video_isoc
                    // 分配 设置 urb
                    uvc_alloc_urb_buffers
                    usb_fill_bulk_urb
                    urb->complete = uvc_video_complete;  // usb传输完成的函数,这里应该会去唤醒uvc驱动
            /* Submit the URBs. */
            usb_submit_urb
urb传输完成函数.这里会有wakeup
uvc_video_complete
    stream->decode(urb, stream, buf);  //此函数搜索下
        stream->decode = uvc_video_decode_isight;
        stream->decode = uvc_video_decode_isoc;
            uvc_queue_next_buffer
                vb2_buffer_done
                    wake_up(&q->done_wq);

poll
    uvc_v4l2_poll
        uvc_queue_poll
            vb2_poll
                poll_wait(file, &q->done_wq, wait);
                        //这里会接着判断状态
                        if (vb && (vb->state == VB2_BUF_STATE_DONE
                        || vb->state == VB2_BUF_STATE_ERROR)) {
                        return (V4L2_TYPE_IS_OUTPUT(q->type)) ? POLLOUT | POLLWRNORM :
                            POLLIN | POLLRDNORM;

VIDIOC_DQBUF
        uvc_dequeue_buffer
            vb2_dqbuf
                list_del(&vb->queued_entry);

VIDIOC_STREAMOFF
        uvc_video_enable(video, 0);
            uvc_uninit_video
                usb_kill_urb(urb);
                usb_free_urb(urb);

分析设置亮度过程：
ioctl: VIDIOC_S_CTRL
            uvc_ctrl_set
            uvc_ctrl_commit
                __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);

小结

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/zongzi10010/p/10764246.html

时间： 2024-10-31 18:25:53

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