21、根据（应用程序）虚拟驱动vivi的使用过程彻底分析摄像头驱动（有ioctrl分析）

videobuf2-core.h中的vb2_buffer，记录了v4l2_buffer ，驱动可以对vb2_buffer的v4l2_buffer进行操控，

vb2_buffer是v4l2框架层的代码，而v4l2_buffer也是用户空间的应用程序，可以读取的一个数据结构。

在reqbuf的时候把每个vb2_buffer会放入vb2_queue中，通过vb2_buffer的index在数组中保存



查看myuvc可以更好的理解队列，有两个队列，qbuf后通过，启动摄像头，select在videobuf的done上休眠，并且把videobuf放入内核维护的队列和驱动本地队列中，30ms的tick时从本地队列取出videobuf，填充数据，并且唤醒videobuf的done上休眠的进程

1、分析xawtv的源码或者使用strace -o xawtv.log xawtv指令可以看该命令在使用过程中详细系统调用

（说明当UVC摄像头接上Hub的时候，hub已经通过端点0和其通信了，并将所有的描述符复制到内核中，并解析后保存在响应的结构体，在这些ioctl中仅与用户控件交换及设置一些属性、格式、分辨率等

uvc_probe

　　uvc_parse_control

　　　　uvc_parse_vendor_control

　　　　uvc_parse_standard_control

　　　　//根据buf中信息分别解析各个描述符信息，比如format信息解析uvc_parse_streaming

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　format = kzalloc(size, GFP_KERNEL);//分配format

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　frame = (struct uvc_frame *)&format[nformats];//分配保存frame

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　format->frame = frame;//保存frame

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　streaming->format = format;保存format，在ioctl中会使用到streaming->format

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　uvc_parse_format//解析format，根据描述符里面的guid转换为字符与uvc_fmts数组比较，找到定义格式的宏，在uvc_driver.c中，这个数组有YUYV、MIPEG等）

）

// 1~7都是在v4l2_open里调用
1. open
2. ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP　　//查询设备属性,返回的数据保存在v4l2_capability中，有设备名字、驱动名字、驱动版本，设备能否捕获图像，以及应用程序获取图像的方式

// 3~7 都是在get_device_capabilities里调用
3. for()
ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT // 列举输入源,VIDIOC_ENUMINPUT/VIDIOC_G_INPUT/VIDIOC_S_INPUT不是必需的
4. for()
ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD // 列举标准(制式), 不是必需的
5. for()
ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT // 获取当前驱动支持的视频格式,列举格式格式有YUYV、RGB等，在ioctl函数中vidioc_enum_fmt_vid_cap可以看到vivi有多少种格式

//VIDIOC_G_FMT 读取当前驱动的频捕获格式

6. ioctl(4, VIDIOC_G_PARM
7. for()
ioctl(4, VIDIOC_QUERYCTRL // 查询属性(比如说亮度值最小值、最大值、默认值)

// 8~10都是通过v4l2_read_attr来调用的
8. ioctl(4, VIDIOC_G_STD // 获得当前使用的标准(制式), 不是必需的
9. ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT //用来查询当前的 input，一个 video 设备节点可能对应多个视频源

////如果 STD.id 与当前 input 的 input.std 有共同的 bit flag，意味着当前的输入支持这个 standard,这样将所有驱动所支持的 standard 列举一个

10. ioctl(4, VIDIOC_G_CTRL // 获得当前属性, 比如亮度是多少

11. ioctl(4, VIDIOC_TRY_FMT // 试试能否支持某种格式
12. ioctl(4, VIDIOC_S_FMT // 设置摄像头使用某种格式

// 13~16在v4l2_start_streaming
13. ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS // 请求系统分配缓冲区
14. for()
ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF // 查询所分配的缓冲区
mmap
15. for ()
ioctl(4, VIDIOC_QBUF // 把缓冲区放入队列
16. ioctl(4, VIDIOC_STREAMON // 启动摄像头

// 17里都是通过v4l2_write_attr来调用的
17. for ()
ioctl(4, VIDIOC_S_CTRL // 设置属性
ioctl(4, VIDIOC_S_INPUT // 设置输入源
ioctl(4, VIDIOC_S_STD // 设置标准(制式), 不是必需的

// v4l2_nextframe > v4l2_waiton
18. v4l2_queue_all
v4l2_waiton
for ()
{
select(5, [4], NULL, NULL, {5, 0}) = 1 (in [4], left {4, 985979})（用来查询有没有数据）
ioctl(4, VIDIOC_DQBUF // de-queue, 把缓冲区从队列中取出
// 处理, 之以已经通过mmap获得了缓冲区的地址, 就可以直接访问数据
ioctl(4, VIDIOC_QBUF // 把缓冲区放入队列
}

xawtv的几大函数：
1. v4l2_open
2. v4l2_read_attr/v4l2_write_attr
3. v4l2_start_streaming
4. v4l2_nextframe/v4l2_waiton

摄像头驱动程序必需的11个ioctl:
// 表示它是一个摄像头设备
.vidioc_querycap = vidioc_querycap,

/* 用于列举、获得、测试、设置摄像头的数据的格式 */
.vidioc_enum_fmt_vid_cap = vidioc_enum_fmt_vid_cap,//列举支持哪些格式
.vidioc_g_fmt_vid_cap = vidioc_g_fmt_vid_cap,//获得当前使用的格式
.vidioc_try_fmt_vid_cap = vidioc_try_fmt_vid_cap,
.vidioc_s_fmt_vid_cap = vidioc_s_fmt_vid_cap,

/* 缓冲区操作: 申请/查询/放入队列/取出队列 */
.vidioc_reqbufs = vidioc_reqbufs,
.vidioc_querybuf = vidioc_querybuf,//查询buf信息，比如地址信息（应用可以用mmap继续映射）
.vidioc_qbuf = vidioc_qbuf,//把缓冲区放入队列, 底层的硬件操作函数将会把数据放入这个队列的缓存 ,参考: uvc_queue_buffer ，参数v4l2_buf是用户空间传进来的，里面有些数据比如index是用来查找驱动分配的buf

.vidioc_dqbuf = vidioc_dqbuf,

// 启动/停止
.vidioc_streamon = vidioc_streamon,
.vidioc_streamoff = vidioc_streamoff,

继续分析数据的获取过程：
1. 请求分配缓冲区: ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS // 请求系统分配缓冲区
videobuf_reqbufs(队列, v4l2_requestbuffers) // 队列在open函数用videobuf_queue_vmalloc_init初始化，v4l2_requestbuffers结构体里面有缓冲区个数、内存类型，没有缓冲区大小的信息，videobuf_queue_vmalloc_init的msize参数是指的缓冲区头部大小，即videobuf_buffer的大小，在3.4.2内核中videobuf_buffer改成了vb2_buffer

// 注意：这个IOCTL只是分配缓冲区的头部信息，真正的缓存还没有分配呢

2. 查询映射缓冲区:
ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF // 查询所分配的缓冲区
　　videobuf_querybuf // 获得缓冲区的数据格式、大小、每一行长度、高度
　　mmap(参数里有"大小") // 应用程序调用mmap，在这里才分配缓存（应用程序调用mmap的时候就是调用驱动中v4l2_mmap，在v4l2-dev.c中的file_operations）
　　　　v4l2_mmap
　　　　　　vivi_mmap(video_device->fops->mmap)
　　　　　　　　videobuf_mmap_mapper

　　　　　　　　　　CALL(q,mmap_mapper,q,vma)//就是调用mmap_mapper函数，在内核中找mmap_mapper发现在videobuf-vmalloc.c中有.mmap_mapper = __videobuf_mmap_mapper
　　　　　　　　　　videobuf-vmalloc.c里的__videobuf_mmap_mapper
　　　　　　　　　　　　mem->vmalloc = vmalloc_user(pages); // 在这里才给缓冲区分配空间

3. 把缓冲区放入队列:
ioctl(4, VIDIOC_QBUF // 把缓冲区放入队列
　　videobuf_qbuf
　　　　q->ops->buf_prepare(q, buf, field); // 调用驱动程序提供的函数做些预处理(vivi.c中q->ops = &vivi_video_qops;)
　　　　list_add_tail(&buf->stream, &q->stream); // 把缓冲区放入队列的尾部
　　　　q->ops->buf_queue(q, buf); // 调用驱动程序提供的"入队列函数"，这里是入驱动的队列，在select的时候是操作这个队列里面的buf

4. 启动摄像头
ioctl(4, VIDIOC_STREAMON
　　videobuf_streamon
　　　　q->streaming = 1;

5. 用select查询是否有数据
　　// 驱动程序里必定有: 产生数据、唤醒进程
　　v4l2_poll
　　　　vdev->fops->poll
　　　　　　vivi_poll
　　　　　　　　videobuf_poll_stream
　　　　　　　　　　// 从队列的头部获得缓冲区，应该就是获得地址，并操作这个buf
　　　　　　　　　　buf = list_entry(q->stream.next, struct videobuf_buffer, stream);

　　　　　　　　　　// 如果没有数据则休眠
　　　　　　　　　　poll_wait(file, &buf->done, wait);//3.4.2的内核是poll_wait(file, &q->done_wq, wait);，在当前目录中找done_wq，发现在vb2_buffer_done中被wakeup，其被vivi_thread_tick调用

谁来产生数据、谁来唤醒它？（）
内核线程vivi_thread每30MS执行一次，它调用
vivi_thread_tick
　　vivi_fillbuff(fh, buf); // 构造数据虚拟的视频数据
　　wake_up(&buf->vb.done); // 唤醒进程后，应用测试就会返回了

6. 有数据后从队列里取出缓冲区
// 有那么多缓冲区，APP如何知道哪一个缓冲区有数据？调用VIDIOC_DQBUF
ioctl(4, VIDIOC_DQBUF
　　vidioc_dqbuf
　　// 在队列里获得有数据的缓冲区
　　retval = stream_next_buffer(q, &buf, nonblocking);

　　// 把它从队列中删掉
　　list_del(&buf->stream);

　　// 把这个缓冲区的状态返回给APP
　　videobuf_status(q, b, buf, q->type);

7. 应用程序根据VIDIOC_DQBUF所得到缓冲区状态，知道是哪一个缓冲区有数据
就去读对应的地址(该地址来自前面的mmap)

怎么写摄像头驱动程序:
1. 分配video_device:video_device_alloc
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
3. 注册: video_register_device

posted on 2018-04-02 23:45 拉风摊主阅读(806) 评论(0) 编辑收藏举报

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