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1、41基于V4L2的视频驱动开发基于V4L2的视频驱动开发编写基于V4L2视频驱动主要涉及到以下几个知识点： 摄像头方面的知识 要了解选用的摄像头的特性，包括访问控制方法、各种参数的配置方法、信号输出类型等。 Camera解码器、控制器 如果摄像头是模拟量输出的，要熟悉解码器的配置。最后数字视频信号进入camera控制器后，还要熟悉camera控制器的操作。 V4L2的API和数据结构 编写驱动前要熟悉应用程序访问V4L2的方法及设计到的数据结构。 V4L2的驱动架构 最后编写出符合V4L2规范的视频驱动。本文介绍基于S3C2440硬件平台的V4L2视频驱动开发。摄像头采用OmniVision公
2、司的OV9650和OV9655。主要包含以下几个方面的内容：视频驱动的整体驱动框架3C2440 camera控制器+ov9650（ov9655）V4L2 API及数据结构V4L2驱动框架ov9650（ov9655）+s3c2440+V4L2实例一、 视频驱动的整体框架视频驱动的整体框架见下图：二、S3C2440 camera控制器+ov9650（ov9655）（1）S3C2440 camera控制器介绍S3C2440支持ITU-R BT601/656格式的数字图像输入，支持的2个通道的DMA，Preview通道和Codec通道，参见下图。Preview通道可以将YCbCr4:2:2格式的图像转
3、换为RGB（16bit或24bit）格式的数据，并存放于 为Preview DMA分配的内存中，最大分辨率为640*480。主要用于本地液晶屏显示。如果将Preview DMA的内存和Framebuffer内存重叠的话，就可以实现采集直接输出到液晶屏上了。Codec通道可以输出YCbCr4:2:0或YCbCr4:2:2格式到为Codec DMA分配的内存中。最大分辨率为4096*4096。主要用于图像的编解码处理。上图中的window cut功能是指在图像可以先做一个裁剪。通过设置CIWDOFST完成此功能，见下图。图像进入P、C通道后，各自的scaler单元还可以对其进行缩放、旋转等处理。S
4、3C2440 camera控制器支持乒乓存储。为了防止采集和输出之间的冲突，采用了乒乓存储方式。每次采集一帧后，自动转到下一个存储区。如果你因为内存空间不足，不想使用此功能的话，可以将四个区域设置到同一块空间。在做图像处理时，需要关注到最后存储区中的图像格式，如codec通道硬件自动把Y、Cb、Cr分离存储。S3C2440 camera 控制器Last IRQ功能的使用，也是需要掌握的。如果处理不好，输出的图像效果会受影响。控制器会在每个VSYNC下降沿判断ImgCptEn信号等命令。如果在下降沿发现ImgCptEn信号有效，则产生 IRQ中断。然后才开始一帧图像的真正采集。而如果在VSYNC
5、下降沿判断到ImgCptEn为低电平且之前LastIRQEn没有使能，则不会产生任何中断，且不会再进行下一帧的采集。如果你想在ImgCptEn关闭后，一帧采集完后产生一个中断通知你，那么就需要在最后一次中断产生前（stop capturing后的vysnc下将沿）使能lastirq就可以了。我在移植linux驱动时就遇到了一个Last IRQ的问题。现象是输出图像上面总是有一条比其它部分反应慢。采集运动图像，就能看出现象。查看代码是因为没有设立lastirq，因为每次如果不在 lastirq产生的情况下读取，图像缓冲中的数据是不稳定的，可能照成图像不完整。修改代码支持lastirq后，问题解决
6、。Camera控制器时钟设置也是需要注意的，ov9650需要Camera控制器为其提供时钟。提供给外部摄像头的时钟是由UPLL输出时钟分频得到的。而CAMIF的时钟是由HCLK提供的。本例中，提供给ov9650的时钟为24M。（2）ov9650（ov9655）设置方法OV9650是OmniVision公司的COMS摄像头，130万像素，支持SXVGA、VGA、QVGA、CIF等图像输出格式。最大速率在SXVGA时为15fps，在VGA时为30fps。OV9650摄像头时序如下图：上图中D9:2用于8-bitYUV或者RGB565/RGB555(D9MSB、D2LSB)。D9:0用于10-bit
7、 RGB。本例中使用8-bit YUV模式。我手边开发板的Camera和S3C2440的接线原理图如下（对应camera中具体的信号名称参见前文的驱动整体架构图）。注：GPG12用于PWEN信号OV9650摄像头设置方法是通过SCCB总线设置SCCB可以看作是一种简化的I2C总线，可以使用IO模拟SCCB时序。（3）编写ARM测试代码测试camera功能在Keil环境下编写一个测试代码完成从摄像头采集图像输出到液晶屏。下面列出程序的流程。（4）编写测试代码过程中常见的问题摄像头寄存器的配置因为摄像头有很多寄存器，可能一下无法理解里面所有的配置含义，所以开始时希望得到一份可用的配置。但往往从别人
8、的测试代码中拿到配置后，仍然无法使用。我这里列出几个可能的原因：（1）摄像头中的图像输出格式和你在camera控制器中设置的不一致，同一个摄像头可以设置多种输入格式，如：YCbYCr或CbYCrY。（2）图像输出的一些时序和你的camera控制器设置不一致，摄像头可以设置一些时序，如：图像数据在CAMPCLK的上升沿有效还是下降沿有效。（3）注意输出图像的格式和Framebuffer控制器的匹配，如字节顺序等问题。Ov9650和ov9655的使用区别这里主要列出两者之间在复位信号上有差别，ov9650是高电平复位，而ov9655是低电平复位。三、V4L2 API 及数据结构 V4L2 是 V4
9、L 的升级版本，为 linux 下视频设备程序提供了一套接口规范。包括一套数据结构和底层 V4L2 驱动接口。 1 、常用的结构体在内核目录 include/linux/videodev2.h 中定义 struct v4l2_requestbuffers / 申请帧缓冲，对应命令 VIDIOC_REQBUFS struct v4l2_capability / 视频设备的功能，对应命令 VIDIOC_QUERYCAP struct v4l2_input / 视频输入信息，对应命令 VIDIOC_ENUMINPUT struct v4l2_standard / 视频的制式，比如PAL ，NTSC
10、，对应命令 VIDIOC_ENUMSTD struct v4l2_format / 帧的格式，对应命令VIDIOC_G_FMT 、VIDIOC_S_FMT 等 struct v4l2_buffer / 驱动 中的一帧图像缓存，对应命令VIDIOC_QUERYBUF struct v4l2_crop / 视频信号矩形边框 v4l2_std_id / 视频制式 2 、常用的 IOCTL 接口命令也在 include/linux/videodev2.h 中定义 VIDIOC_REQBUFS / 分配内存 VIDIOC_QUERYBUF / 把 VIDIOC_REQBUFS 中分配的数据缓存转换成物理
11、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 / 设置视频信号的矩形边框 VIDIOC_G_CROP / 读取视频信号的矩形边框 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
12、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 。 3 、操作流程 V4L2 提供了很多访问接口，你可以根据具体需要选择操作方法。需要注意的是，很少有驱动完全实现了所有的接口功能。所以在使用时需要参考驱动源码，或仔细阅读驱动提供者的使用说明。 下面列举出一种操作的流程，供参考。 （ 1 ）打开设备文件 int fd = open(Devicename,mode); Devicename ： /dev/video0 、 /dev/video1 Mode ： O_RDWR | O_NON
13、BLOCK 如果使用非阻塞模式调用视频设备，则当没有可用的视频数据时，不会阻塞，而立刻返回。 （ 2 ）取得设备的 capability struct v4l2_capability capability ； int ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &capability); 看看设备具有什么功能，比如是否具有视频输入特性。 （ 3 ）选择视频输入 struct v4l2_input input ； 初始化 input int ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &input); 一个视频设备可以有多个视频输入。如果只有一路输入，
14、这个功能可以没有。 （ 4 ）检测视频支持的制式 v4l2_std_id std; do ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYSTD, &std); while (ret = -1 & errno = EAGAIN); switch (std) case V4L2_STD_NTSC: / case V4L2_STD_PAL: / （ 5 ）设置视频捕获格式struct v4l2_format fmt; fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT; fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_UYVY; fmt.fmt.pix.height = height; fmt.fmt.pix.width = width; fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED; ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt); if(ret) perror(VIDIOC_S_FMTn); close(fd);
