初始v4l2(六)-------根据虚拟驱动vivi的使用彻底分析摄像头驱动

时间:2022-02-13 12:06:24

  前面的几篇文章已经分析了v4l2的框架,对框架的分析是比较粗浅的,能基本清楚函数之间的调用过程。但是很多内容并没有分析,比如说里面有很多ioctl,并没有分析哪些ioctl是必须的,也没有分析如何从应用程序去获得摄像头数据。在本篇文章中,将根据虚拟驱动vivi的使用彻底分析摄像头驱动。

  要想分析使用过程,必须得到应用程序的源码。xawtv的源码可以从 http://www.kraxel.org/releases/xawtv。

  在我们进行分析源码的时候,当然可以从xawtv的main函数进行分析,看看它涉及对vivi驱动程序有哪些系统调用,但是这个过程会非常的复杂,因为xawtv除了调用vivi驱动程序外,还有其他很多的工作。那么如何可以快速的了解它所涉及的调用呢?

  利用strace命令,在linux命令行下输入:strace  -0  xawtv.log  xawtv。这样的话,xawtv中所涉及的所有open、read、ioctl这些系统调用都会记录在xawtv.log中。

  1、open  

  2、ioctl(4,VIDIOC_QUERYCAP//获取设备支持的操作

  3、ioctl(4,VIDIOC_G_FMT  //获取设备支持的视频格式

  4、ioctl(4,VIDIOC_ENUM_FMT //列举格式

  5、ioctl(4,VIDIOC_G_INPUT     //获得当前的使用源

  6、ioctl(4,VIDIOC_ENUMINPUT //列举输入源

  7、ioctl(4,VIDIOC_QUERYCTRL) //查询属性,比如亮度、对比度

  8、for()

    ioctl(4,VIDIOC_ENUMSTD //列举标准或制式

  9、ioctl(4,VIDIOC_G_PARM

  10、for()

     ioctl(4,VIDIOC_G_STD//获得当前使用的标准(制式)

  11、ioctl(4,VIDIOC_G_CTRL) //获取当前的属性,比如说亮度是多少

  12、ioctl(4,VIDIOC_TRY_FMT) //试试能否支持某种格式

  13、ioctl(4,VIDIOC_S_FMT) //设置捕获视频的格式

  14、ioctl(4,VIDIOC_REQBUFS)//请求系统分配的缓冲区,指向驱动提出申请内存的请求

  15、ioctl(4,VIDIOC_QUERYBUF)//查询所分配的缓冲区,指向驱动查询申请到的内存

  16、ioctl(4,VIDIOC_QBUF) //把缓冲区放入队列,指将空闲的内存加入可捕获视频的队列

  17、ioctl(4,VIDIOC_STREAMON  //启动摄像头

  18、ioctl(4,VIDIOC_S_CTRL  //设置属性

  19、ioctl(4,VIDIOC_S_INPUT)设置输入源

  20、ioctl(4,VIDIOC_S_STD //设置制式

  21、for()

    {

      select()//就是poll机制,查询设备有没有数据,如果有数据的话,就去读取数据

      ioctl(4,VIDIOC_DQBUF   /de-queue// 把缓冲区从队列中取出,指已经捕获好视频的内存拉出已捕获视频的队列

      //处理

      ioctl(4,VIDIOC_QBUF   //把缓冲区放入队列

    }

    static void*v4l2_open(char *device)

    {   

      open(device, O_RDWR)

      if (-1 == xioctl(h->fd,VIDIOC_QUERYCAP,&h->cap,EINVAL))
      goto err;

      get_device_capabilities(h); //获得设备的性能

    }

  static void get_device_capabilities(struct v4l2_handle *h)
  {

    for () {
      if (-1 == xioctl(h->fd, VIDIOC_ENUMINPUT, ))
      break;
    }
    for () {
      if (-1 == xioctl(h->fd, VIDIOC_ENUMSTD, ))
      break;
    }
    for () {
      if (-1 == xioctl(h->fd, VIDIOC_ENUM_FMT, ))
      break;
    }

    ioctl(h->fd,VIDIOC_G_PARM,);

    /* controls */
    for (i = 0; i < MAX_CTRL; i++) {
      if (-1 == xioctl(h->fd, VIDIOC_QUERYCTRL, ) 
    }
  }

  static int v4l2_read_attr(struct ng_attribute *attr)

  {

    xioctl(h->fd,VIDIOC_G_CTRL,);

    xioctl(h->fd,VIDIOC_G_STD,);

    xioctl(h->fd,VIDIOC_G_INPUT,);

  }

  static int v4l2_start_streaming(struct v4l2_handle *h, int buffers)

  {   

    if (-1 == xioctl(h->fd, VIDIOC_REQBUFS, &h->reqbufs, 0))
      return -1;

    for(){

      if (-1 == xioctl(h->fd, VIDIOC_QUERYBUF, &h->buf_v4l2[i], 0))
        return -1;

      mmap()//映射地址

    }

    v4l2_queue_all(h);

      v4l2_queue_buffer

         rc = xioctl(h->fd,VIDIOC_QBUF,

    /* start capture */
    if (-1 == xioctl(h->fd,VIDIOC_STREAMON

   }

  简单梳理一下上面的过程:通过v4l2_read_attr获得某些特性,然后在v4l2_start_streaming函数中,请求系统分配的缓冲区。由于不知道所分配的缓冲区的首地址、大小等信息,于是利用for循环,对于分配的每个缓冲区都查询该buffer,调用mmap函数作一定的映射,从而应用程序可以利用映射得到的地址对该缓冲区进行访问;利用for循环,把buf放入队列;最后调用streamon来启动摄像头。

   static void v4l2_write_attr(struct ng_attribute *attr, int value)

   {

     xioctl(h->fd,VIDIOC_S_CTRL,);

     xioctl(h->fd,VIDIOC_S_STD,);

     xioctl(h->fd,VIDIOC_S_INPUT,);

   }

 v4l2_nextframe

   static int v4l2_waiton(struct v4l2_handle *h)

   {

     select(h->fd + 1, &rdset, NULL, NULL, &tv)//来查询有没有数据

     //以前已经通过mmap获得buf的地址,就可以直接访问缓冲区里面的数据

     xioctl(h->fd,VIDIOC_DQBUF,&buf, 0)//把缓冲区从队列中取出来

   }

     从上面大概的可以理解,虚拟摄像头里面的数据是如何获得的?

   1)应用程序调用VIDIOC_REQBUFS来请求系统分配缓冲区;

   2)调用VIDIOC_QUERYBUF来查询分配的缓冲区;

   3)调用mmap函数让应用程序知道以后去哪个地址访问缓冲区;

   4)调用VIDIOC_QBUF把这些缓冲区放入驱动程序里的某个队列中;

   5)调用VIDIO_STREAMON来启动摄像头;

   6)调用select函数来查询有没有数据,如果驱动程序有了数据,就会把应用程序给唤醒;

   7)唤醒之后应用程序会调用VIDIOC_DQBUF获得buf的信息,然后进行处理,处理完后再次放入队列。

  XAWtv的几大函数:

  1、V4l2_open

  2、V4l2_read/write_attr

  3、v4l2_start_streaming

  4、v4l2_nextframe--->v4l2_waiton

  现在我们来做这样的一件事情,找出最简版本的vivi ioctl的驱动程序。上一篇博客中已经分析,当应用程序调用ioctl时,就会调用video_ioctl2,从而根据ioctl不同的cmd来调用vivi_ioctl_ops。  

  static const struct v4l2_file_operations vivi_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = v4l2_fh_open,
    .release = vivi_close,
    .read = vivi_read,
    .poll = vivi_poll,
    .unlocked_ioctl = video_ioctl2, /* V4L2 ioctl handler */
    .mmap = vivi_mmap,
  };

  static const struct v4l2_ioctl_ops vivi_ioctl_ops = {

  /*表明它是一个摄像头设备*/
  .vidioc_querycap = vidioc_querycap,

  /*枚举、获得、测试、设置摄像头的数据格式*/
  .vidioc_enum_fmt_vid_cap = vidioc_enum_fmt_vid_cap,
  .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,

  /*缓冲去操作:申请、查询、放入队列、取出队列*/
  .vidioc_reqbufs = vidioc_reqbufs,
  .vidioc_querybuf = vidioc_querybuf,
  .vidioc_qbuf = vidioc_qbuf,
  .vidioc_dqbuf = vidioc_dqbuf,
  /*启动/停止*/
  .vidioc_streamon = vidioc_streamon,
  .vidioc_streamoff = vidioc_streamoff,

  /上面的摄像头驱动程序是必须的*/

  /*下面的这些驱动程序不是必须的,缺少了这些东西,虽然功能不太完全,但至少还能运行*/

  .vidioc_enum_input = vidioc_enum_input, //枚举输入源,输入源1、输入源2等等
  .vidioc_g_input = vidioc_g_input,//获得输入源
  .vidioc_s_input = vidioc_s_input,//设置输入源

  /*用于设置、列举、获得TV制式,用来表示模拟信号的,对于数字摄像头,这个是没用处的*/

  .vidioc_s_std = vidioc_s_std, 

  .tvnorms = V4L2_STD_525_60,用于VIDIOC_ENUMSTD
  .current_norm = V4L2_STD_NTSC_M,//用于VIDIOC_G_STD

  };