ioctl詳解

進入ioctl都是從cdev->ops->ioctl進入的，一般的驅動cdev都是驅動自己初始化的，在v4l2架構中，cdev都已經初始化完成，不需要驅動開發者來初始化，下面是v4l2的cdev->ops結構體v4l2_fops ：

static const struct file_operations v4l2_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .read = v4l2_read,
    .write = v4l2_write,
    .open = v4l2_open,
    .get_unmapped_area = v4l2_get_unmapped_area,
    .mmap = v4l2_mmap,
    .unlocked_ioctl = v4l2_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT
    .compat_ioctl = v4l2_compat_ioctl32,
#endif
    .release = v4l2_release,
    .poll = v4l2_poll,
    .llseek = no_llseek,
};
 

可以看到ioctl有兩個，一個unlocked_ioctl，另一個是compat_ioctl 相容性的，其中的區別這裡不多說，我們來看函式v4l2_ioctl：

static long v4l2_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    struct video_device *vdev = video_devdata(filp);
    int ret = -ENODEV;

    if (vdev->fops->unlocked_ioctl) {
        struct mutex *lock = v4l2_ioctl_get_lock(vdev, cmd);

        if (lock && mutex_lock_interruptible(lock))
            return -ERESTARTSYS;
        if (video_is_registered(vdev))
            ret = vdev->fops->unlocked_ioctl(filp, cmd, arg);--正常進入函式|video_device->fops
        if (lock)
            mutex_unlock(lock);
    } else
        ret = -ENOTTY;

    return ret;
}
 

從上可以看到要呼叫vdev->fops->unlocked_ioctl(filp, cmd, arg);具體驅動實現不同，以davinci平臺為例來介紹，在vpfe_capture.c檔案中，初始化過程中有

        vfd->fops       = &vpfe_fops;

• 1

static const struct v4l2_file_operations vpfe_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = vpfe_open,
    .release = vpfe_release,
    .unlocked_ioctl = video_ioctl2,
    .mmap = vpfe_mmap,
    .poll = vpfe_poll
};
 

那麼是要呼叫video_ioctl2：

long video_ioctl2(struct file *file,
           unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    return video_usercopy(file, cmd, arg, __video_do_ioctl);--這個函式最終是要呼叫__video_do_ioctl，當然他會做其他事，有興趣的可以去了解
}

static long __video_do_ioctl(struct file *file,
        unsigned int cmd, void *arg)
{
    struct video_device *vfd = video_devdata(file);
    const struct v4l2_ioctl_ops *ops = vfd->ioctl_ops;----|video_device->ioctl_ops(注意              video_device這幾個函式的呼叫，要明白他們的作用)
    bool write_only = false;
    struct v4l2_ioctl_info default_info;
    const struct v4l2_ioctl_info *info;
    void *fh = file->private_data;
    struct v4l2_fh *vfh = NULL;
    int dev_debug = vfd->dev_debug;
    long ret = -ENOTTY;

    if (ops == NULL) {
        pr_warn("%s: has no ioctl_ops.\n",
                video_device_node_name(vfd));
        return ret;
    }

    if (test_bit(V4L2_FL_USES_V4L2_FH, &vfd->flags))
        vfh = file->private_data;

    if (v4l2_is_known_ioctl(cmd)) {------------------------檢查命令是否可用
        info = &v4l2_ioctls[_IOC_NR(cmd)];

        if (!test_bit(_IOC_NR(cmd), vfd->valid_ioctls) &&
            !((info->flags & INFO_FL_CTRL) && vfh && vfh->ctrl_handler))
            goto done;

        if (vfh && (info->flags & INFO_FL_PRIO)) {
            ret = v4l2_prio_check(vfd->prio, vfh->prio);
            if (ret)
                goto done;
        }
    } else {
        default_info.ioctl = cmd;
        default_info.flags = 0;
        default_info.debug = v4l_print_default;
        info = &default_info;
    }

    write_only = _IOC_DIR(cmd) == _IOC_WRITE;
    if (info->flags & INFO_FL_STD) {-----進入正題，這幾個if會判斷cmd的型別，然後呼叫不同的函式，這裡留個尾巴，詳情見下一節
        typedef int (*vidioc_op)(struct file *file, void *fh, void *p);
        const void *p = vfd->ioctl_ops;
        const vidioc_op *vidioc = p + info->u.offset;
    /*呼叫驅動自定義的函式*/
        ret = (*vidioc)(file, fh, arg);------------呼叫video_device->ioctl_ops
    } else if (info->flags & INFO_FL_FUNC) {
    /*呼叫架構定義的函式ops，ops最終還是要呼叫驅動自定義的函式*/
        ret = info->u.func(ops, file, fh, arg);----呼叫video_device->ioctl_ops
    } else if (!ops->vidioc_default) {
        ret = -ENOTTY;
    } else {
        ret = ops->vidioc_default(file, fh,
            vfh ? v4l2_prio_check(vfd->prio, vfh->prio) >= 0 : 0,
            cmd, arg);----呼叫video_device->ioctl_ops->vidioc_default
    }

done:
    if (dev_debug & (V4L2_DEV_DEBUG_IOCTL | V4L2_DEV_DEBUG_IOCTL_ARG)) {
        if (!(dev_debug & V4L2_DEV_DEBUG_STREAMING) &&
            (cmd == VIDIOC_QBUF || cmd == VIDIOC_DQBUF))
            return ret;

        v4l_printk_ioctl(video_device_node_name(vfd), cmd);
        if (ret < 0)
            pr_cont(": error %ld", ret);
        if (!(dev_debug & V4L2_DEV_DEBUG_IOCTL_ARG))
            pr_cont("\n");
        else if (_IOC_DIR(cmd) == _IOC_NONE)
            info->debug(arg, write_only);
        else {
            pr_cont(": ");
            info->debug(arg, write_only);
        }
    }

    return ret;
}

ioctl命令分類

ioctl命令在檔案v4l2-ioctl.c檔案中實現，上面分析的函式__video_do_ioctl就在此檔案中，在分析這個函式的過程中留了個尾巴，下面來分析一下

從上面的分析過程可以看出最終都是要呼叫video_device->ioctl_ops，而且呼叫時還需判斷是INFO_FL_STD還是INFO_FL_FUNC，怎麼判斷呢，v4l2-ioctl.c有定義：

IOCTL_INFO_FNC(命令, 實現函式, 列印資訊(debug使用), flag)，同樣 
IOCTL_INFO_STD(命令, 實現函式, 列印資訊(debug使用), flag)

static struct v4l2_ioctl_info v4l2_ioctls[] = {
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_QUERYCAP, v4l_querycap, v4l_print_querycap, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_ENUM_FMT, v4l_enum_fmt, v4l_print_fmtdesc, INFO_FL_CLEAR(v4l2_fmtdesc, type)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_G_FMT, v4l_g_fmt, v4l_print_format, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_FMT, v4l_s_fmt, v4l_print_format, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_REQBUFS, v4l_reqbufs, v4l_print_requestbuffers, INFO_FL_PRIO | INFO_FL_QUEUE),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_QUERYBUF, v4l_querybuf, v4l_print_buffer, INFO_FL_QUEUE | INFO_FL_CLEAR(v4l2_buffer, length)),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_G_FBUF, vidioc_g_fbuf, v4l_print_framebuffer, 0),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_S_FBUF, vidioc_s_fbuf, v4l_print_framebuffer, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_OVERLAY, v4l_overlay, v4l_print_u32, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_QBUF, v4l_qbuf, v4l_print_buffer, INFO_FL_QUEUE),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_EXPBUF, vidioc_expbuf, v4l_print_exportbuffer, INFO_FL_QUEUE | INFO_FL_CLEAR(v4l2_exportbuffer, flags)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_DQBUF, v4l_dqbuf, v4l_print_buffer, INFO_FL_QUEUE),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_STREAMON, v4l_streamon, v4l_print_buftype, INFO_FL_PRIO | INFO_FL_QUEUE),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_STREAMOFF, v4l_streamoff, v4l_print_buftype, INFO_FL_PRIO | INFO_FL_QUEUE),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_G_PARM, v4l_g_parm, v4l_print_streamparm, INFO_FL_CLEAR(v4l2_streamparm, type)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_PARM, v4l_s_parm, v4l_print_streamparm, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_G_STD, vidioc_g_std, v4l_print_std, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_STD, v4l_s_std, v4l_print_std, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_ENUMSTD, v4l_enumstd, v4l_print_standard, INFO_FL_CLEAR(v4l2_standard, index)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_ENUMINPUT, v4l_enuminput, v4l_print_enuminput, INFO_FL_CLEAR(v4l2_input, index)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_G_CTRL, v4l_g_ctrl, v4l_print_control, INFO_FL_CTRL | INFO_FL_CLEAR(v4l2_control, id)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_CTRL, v4l_s_ctrl, v4l_print_control, INFO_FL_PRIO | INFO_FL_CTRL),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_G_TUNER, v4l_g_tuner, v4l_print_tuner, INFO_FL_CLEAR(v4l2_tuner, index)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_TUNER, v4l_s_tuner, v4l_print_tuner, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_G_AUDIO, vidioc_g_audio, v4l_print_audio, 0),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_S_AUDIO, vidioc_s_audio, v4l_print_audio, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_QUERYCTRL, v4l_queryctrl, v4l_print_queryctrl, INFO_FL_CTRL | INFO_FL_CLEAR(v4l2_queryctrl, id)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_QUERYMENU, v4l_querymenu, v4l_print_querymenu, INFO_FL_CTRL | INFO_FL_CLEAR(v4l2_querymenu, index)),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_G_INPUT, vidioc_g_input, v4l_print_u32, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_INPUT, v4l_s_input, v4l_print_u32, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_G_EDID, vidioc_g_edid, v4l_print_edid, 0),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_S_EDID, vidioc_s_edid, v4l_print_edid, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_G_OUTPUT, vidioc_g_output, v4l_print_u32, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_OUTPUT, v4l_s_output, v4l_print_u32, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_ENUMOUTPUT, v4l_enumoutput, v4l_print_enumoutput, INFO_FL_CLEAR(v4l2_output, index)),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_G_AUDOUT, vidioc_g_audout, v4l_print_audioout, 0),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_S_AUDOUT, vidioc_s_audout, v4l_print_audioout, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_G_MODULATOR, v4l_g_modulator, v4l_print_modulator, INFO_FL_CLEAR(v4l2_modulator, index)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_MODULATOR, v4l_s_modulator, v4l_print_modulator, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_G_FREQUENCY, v4l_g_frequency, v4l_print_frequency, INFO_FL_CLEAR(v4l2_frequency, tuner)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_FREQUENCY, v4l_s_frequency, v4l_print_frequency, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_CROPCAP, v4l_cropcap, v4l_print_cropcap, INFO_FL_CLEAR(v4l2_cropcap, type)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_G_CROP, v4l_g_crop, v4l_print_crop, INFO_FL_CLEAR(v4l2_crop, type)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_CROP, v4l_s_crop, v4l_print_crop, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_G_SELECTION, vidioc_g_selection, v4l_print_selection, INFO_FL_CLEAR(v4l2_selection, r)),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_S_SELECTION, vidioc_s_selection, v4l_print_selection, INFO_FL_PRIO | INFO_FL_CLEAR(v4l2_selection, r)),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_G_JPEGCOMP, vidioc_g_jpegcomp, v4l_print_jpegcompression, 0),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_S_JPEGCOMP, vidioc_s_jpegcomp, v4l_print_jpegcompression, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_QUERYSTD, v4l_querystd, v4l_print_std, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_TRY_FMT, v4l_try_fmt, v4l_print_format, 0),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_ENUMAUDIO, vidioc_enumaudio, v4l_print_audio, INFO_FL_CLEAR(v4l2_audio, index)),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_ENUMAUDOUT, vidioc_enumaudout, v4l_print_audioout, INFO_FL_CLEAR(v4l2_audioout, index)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_G_PRIORITY, v4l_g_priority, v4l_print_u32, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_PRIORITY, v4l_s_priority, v4l_print_u32, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_G_SLICED_VBI_CAP, v4l_g_sliced_vbi_cap, v4l_print_sliced_vbi_cap, INFO_FL_CLEAR(v4l2_sliced_vbi_cap, type)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_LOG_STATUS, v4l_log_status, v4l_print_newline, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_G_EXT_CTRLS, v4l_g_ext_ctrls, v4l_print_ext_controls, INFO_FL_CTRL),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_EXT_CTRLS, v4l_s_ext_ctrls, v4l_print_ext_controls, INFO_FL_PRIO | INFO_FL_CTRL),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_TRY_EXT_CTRLS, v4l_try_ext_ctrls, v4l_print_ext_controls, INFO_FL_CTRL),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_ENUM_FRAMESIZES, vidioc_enum_framesizes, v4l_print_frmsizeenum, INFO_FL_CLEAR(v4l2_frmsizeenum, pixel_format)),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_ENUM_FRAMEINTERVALS, vidioc_enum_frameintervals, v4l_print_frmivalenum, INFO_FL_CLEAR(v4l2_frmivalenum, height)),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_G_ENC_INDEX, vidioc_g_enc_index, v4l_print_enc_idx, 0),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_ENCODER_CMD, vidioc_encoder_cmd, v4l_print_encoder_cmd, INFO_FL_PRIO | INFO_FL_CLEAR(v4l2_encoder_cmd, flags)),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_TRY_ENCODER_CMD, vidioc_try_encoder_cmd, v4l_print_encoder_cmd, INFO_FL_CLEAR(v4l2_encoder_cmd, flags)),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_DECODER_CMD, vidioc_decoder_cmd, v4l_print_decoder_cmd, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_TRY_DECODER_CMD, vidioc_try_decoder_cmd, v4l_print_decoder_cmd, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_DBG_S_REGISTER, v4l_dbg_s_register, v4l_print_dbg_register, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_DBG_G_REGISTER, v4l_dbg_g_register, v4l_print_dbg_register, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_S_HW_FREQ_SEEK, v4l_s_hw_freq_seek, v4l_print_hw_freq_seek, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_S_DV_TIMINGS, vidioc_s_dv_timings, v4l_print_dv_timings, INFO_FL_PRIO),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_G_DV_TIMINGS, vidioc_g_dv_timings, v4l_print_dv_timings, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_DQEVENT, v4l_dqevent, v4l_print_event, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_SUBSCRIBE_EVENT, v4l_subscribe_event, v4l_print_event_subscription, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_UNSUBSCRIBE_EVENT, v4l_unsubscribe_event, v4l_print_event_subscription, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_CREATE_BUFS, v4l_create_bufs, v4l_print_create_buffers, INFO_FL_PRIO | INFO_FL_QUEUE),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_PREPARE_BUF, v4l_prepare_buf, v4l_print_buffer, INFO_FL_QUEUE),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_ENUM_DV_TIMINGS, vidioc_enum_dv_timings, v4l_print_enum_dv_timings, 0),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_QUERY_DV_TIMINGS, vidioc_query_dv_timings, v4l_print_dv_timings, 0),
    IOCTL_INFO_STD(VIDIOC_DV_TIMINGS_CAP, vidioc_dv_timings_cap, v4l_print_dv_timings_cap, INFO_FL_CLEAR(v4l2_dv_timings_cap, type)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_ENUM_FREQ_BANDS, v4l_enum_freq_bands, v4l_print_freq_band, 0),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_DBG_G_CHIP_INFO, v4l_dbg_g_chip_info, v4l_print_dbg_chip_info, INFO_FL_CLEAR(v4l2_dbg_chip_info, match)),
    IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_QUERY_EXT_CTRL, v4l_query_ext_ctrl, v4l_print_query_ext_ctrl, INFO_FL_CTRL | INFO_FL_CLEAR(v4l2_query_ext_ctrl, id)),
};

上面的分析中一直說到video_device->ioctl_ops，那麼ioctl_ops有多少函式呢。。很多見下： 
算了還是不貼上了自己去程式碼中看吧，這裡只粘一點：

struct v4l2_ioctl_ops {
    /* ioctl callbacks */

    /* VIDIOC_QUERYCAP handler */
    int (*vidioc_querycap)(struct file *file, void *fh, struct v4l2_capability *cap);

    /* VIDIOC_ENUM_FMT handlers */
    int (*vidioc_enum_fmt_vid_cap)     (struct file *file, void *fh,
                        struct v4l2_fmtdesc *f);
    int (*vidioc_enum_fmt_vid_overlay) (struct file *file, void *fh,
                        struct v4l2_fmtdesc *f);
    int (*vidioc_enum_fmt_vid_out)     (struct file *file, void *fh,
                        struct v4l2_fmtdesc *f);
    int (*vidioc_enum_fmt_vid_cap_mplane)(struct file *file, void *fh,
                          struct v4l2_fmtdesc *f);
    int (*vidioc_enum_fmt_vid_out_mplane)(struct file *file, void *fh,
                          struct v4l2_fmtdesc *f);
    int (*vidioc_enum_fmt_sdr_cap)     (struct file *file, void *fh,
                        struct v4l2_fmtdesc *f);
    int (*vidioc_enum_fmt_sdr_out)     (struct file *file, void *fh,
                        struct v4l2_fmtdesc *f);
    。
    。
    。
        /* DV Timings IOCTLs */
    int (*vidioc_s_dv_timings) (struct file *file, void *fh,
                    struct v4l2_dv_timings *timings);
    int (*vidioc_g_dv_timings) (struct file *file, void *fh,
                    struct v4l2_dv_timings *timings);
    int (*vidioc_query_dv_timings) (struct file *file, void *fh,
                    struct v4l2_dv_timings *timings);
    int (*vidioc_enum_dv_timings) (struct file *file, void *fh,
                    struct v4l2_enum_dv_timings *timings);
    int (*vidioc_dv_timings_cap) (struct file *file, void *fh,
                    struct v4l2_dv_timings_cap *cap);
    int (*vidioc_g_edid) (struct file *file, void *fh, struct v4l2_edid *edid);
    int (*vidioc_s_edid) (struct file *file, void *fh, struct v4l2_edid *edid);

    int (*vidioc_subscribe_event)  (struct v4l2_fh *fh,
                    const struct v4l2_event_subscription *sub);
    int (*vidioc_unsubscribe_event)(struct v4l2_fh *fh,
                    const struct v4l2_event_subscription *sub);

    /* For other private ioctls */
    long (*vidioc_default)         (struct file *file, void *fh,
                    bool valid_prio, unsigned int cmd, void *arg);
};

ioctl呼叫總圖

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

在應用程式獲取視訊資料的流程中，都是通過 ioctl 命令與驅動程式進行互動，常見的 ioctl 命令有：

VIDIOC_QUERYCAP /* 獲取裝置支援的操作 */

VIDIOC_G_FMT /* 獲取設定支援的視訊格式 */

VIDIOC_S_FMT /* 設定捕獲視訊的格式 */

VIDIOC_REQBUFS /* 向驅動提出申請記憶體的請求 */

VIDIOC_QUERYBUF /* 向驅動查詢申請到的記憶體 */

VIDIOC_QBUF /* 將空閒的記憶體加入可捕獲視訊的佇列 */

VIDIOC_DQBUF /* 將已經捕獲好視訊的記憶體拉出已捕獲視訊的佇列 */

VIDIOC_STREAMON /* 開啟視訊流 */

VIDIOC_STREAMOFF /* 關閉視訊流 */

VIDIOC_QUERYCTRL /* 查詢驅動是否支援該命令 */

VIDIOC_G_CTRL /* 獲取當前命令值 */

VIDIOC_S_CTRL /* 設定新的命令值 */

VIDIOC_G_TUNER /* 獲取調諧器資訊 */

VIDIOC_S_TUNER /* 設定調諧器資訊 */

VIDIOC_G_FREQUENCY /* 獲取調諧器頻率 */

VIDIOC_S_FREQUENCY /* 設定調諧器頻率 */

1、struct v4l2_capability 與 VIDIOC_QUERYCAP
VIDIOC_QUERYCAP 命令通過結構 v4l2_capability 獲取裝置支援的操作模式

struct v4l2_capability {

__u8 driver[16]; /* i.e. "bttv" */

__u8 card[32]; /* i.e. "Hauppauge WinTV" */

__u8 bus_info[32]; /* "PCI:" + pci_name(pci_dev) */

__u32 version; /* should use KERNEL_VERSION() */

__u32 capabilities; /* Device capabilities */

__u32 reserved[4];

};

其中域 capabilities 代表裝置支援的操作模式，常見的值有 V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE | V4L2_CAP_STREAMING 表示是一個視訊捕捉裝置並且具有資料流控制模式；另外 driver 域需要和 struct video_device 中的 name 匹配。
2、struct v4l2_format 與 VIDIOC_G_FMT、VIDIOC_S_FMT、VIDIOC_TRY_FMT

通常用 VIDIOC_S_FMT 命令通過結構 v4l2_format 初始化捕獲視訊的格式，如果要改變格式則用 VIDIOC_TRY_FMT 命令：

struct v4l2_format {

enum v4l2_buf_type type;

union {

struct v4l2_pix_format pix; /* V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE */

struct v4l2_window win; /* V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OVERLAY */

struct v4l2_vbi_format vbi; /* V4L2_BUF_TYPE_VBI_CAPTURE */

struct v4l2_sliced_vbi_format sliced; /* V4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_CAPTURE */

__u8 raw_data[200]; /* user-defined */

} fmt;

};

其中

enum v4l2_buf_type {

V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE = 1,

V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT = 2,

V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OVERLAY = 3,

...

V4L2_BUF_TYPE_PRIVATE = 0x80,

};


struct v4l2_pix_format {

__u32 width;

__u32 height;

__u32 pixelformat;

enum v4l2_field field;

__u32 bytesperline; /* for padding, zero if unused */

__u32 sizeimage;

enum v4l2_colorspace colorspace;

__u32 priv; /* private data, depends on pixelformat */

};

常見的捕獲模式為 V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE 即視訊捕捉模式，在此模式下 fmt 聯合體採用域 v4l2_pix_format：其中 width 為視訊的寬、height 為視訊的高、pixelformat 為視訊資料格式（常見的值有 V4L2_PIX_FMT_YUV422P | V4L2_PIX_FMT_RGB565）、bytesperline 為一行影象佔用的位元組數、sizeimage 則為影象佔用的總位元組數、colorspace 指定裝置的顏色空間。
3、struct v4l2_requestbuffers 與 VIDIOC_REQBUFS

VIDIOC_REQBUFS 命令通過結構 v4l2_requestbuffers 請求驅動申請一片連續的記憶體用於快取視訊資訊：

​​​​​​​

struct v4l2_requestbuffers {

__u32 count;

enum v4l2_buf_type type;

enum v4l2_memory memory;

__u32 reserved[2];

};

其中

enum v4l2_memory {

V4L2_MEMORY_MMAP = 1,

V4L2_MEMORY_USERPTR = 2,

V4L2_MEMORY_OVERLAY = 3,

};

count 指定根據影象佔用空間大小申請的快取區個數，type 為視訊捕獲模式，memory 為記憶體區的使用方式。

4、struct v4l2_buffer與 VIDIOC_QUERYBUF

VIDIOC_QUERYBUF 命令通過結構 v4l2_buffer 查詢驅動申請的記憶體區資訊：

​​​​​​​

struct v4l2_buffer {

__u32 index;

enum v4l2_buf_type type;

__u32 bytesused;

__u32 flags;

enum v4l2_field field;

struct timeval timestamp;

struct v4l2_timecode timecode;

__u32 sequence;


/* memory location */

enum v4l2_memory memory;

union {

__u32 offset;

unsigned long userptr;

} m;

__u32 length;

__u32 input;

__u32 reserved;

};

index 為快取編號，type 為視訊捕獲模式，bytesused 為快取已使用空間大小，flags 為快取當前狀態（常見值有 V4L2_BUF_FLAG_MAPPED | V4L2_BUF_FLAG_QUEUED | V4L2_BUF_FLAG_DONE，分別代表當前快取已經對映、快取可以採集資料、快取可以提取資料），timestamp 為時間戳，sequence為快取序號，memory 為快取使用方式，offset 為當前快取與記憶體區起始地址的偏移，length 為快取大小，reserved 一般用於傳遞實體地址值。
另外 VIDIOC_QBUF 和 VIDIOC_DQBUF 命令都採用結構 v4l2_buffer 與驅動通訊：VIDIOC_QBUF 命令向驅動傳遞應用程式已經處理完的快取，即將快取加入空閒可捕獲視訊的佇列，傳遞的主要引數為 index；VIDIOC_DQBUF 命令向驅動獲取已經存放有視訊資料的快取，v4l2_buffer 的各個域幾乎都會被更新，但主要的引數也是 index，應用程式會根據 index 確定可用資料的起始地址和範圍。

5、enum v4l2_buf_type 與 VIDIOC_STREAMON、VIDIOC_STREAMOFF

這兩個命令使用的只是一個整形資料，即 v4l2_buf_type，一般只要指定其值為 V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE 即可。

6、struct v4l2_queryctrl 與 VIDIOC_QUERYCTRL

VIDIOC_QUERYCTRL 命令通過結構 v4l2_queryctrl 查詢驅動是否支援該 id 代表的命令，並返回該命令的各種引數：

​​​​​​​

struct v4l2_queryctrl {

__u32 id; /* 命令編號 */

enum v4l2_ctrl_type type; /* 命令值的型別 */

__u8 name[32]; /* 命令名稱*/

__s32 minimum; /* 最小的命令值 */

__s32 maximum; /* 最大的命令值 */

__s32 step; /* 命令值變化的步長 */

__s32 default_value; /* 預設的命令值 */

__u32 flags; /* 命令的標誌 */

__u32 reserved[2]; /* 命令值的位圖表示 */

};

其中

enum v4l2_ctrl_type {

V4L2_CTRL_TYPE_INTEGER = 1, /* 整形 */

V4L2_CTRL_TYPE_BOOLEAN = 2, /* 真值 */

V4L2_CTRL_TYPE_MENU = 3, /* 選單 */

V4L2_CTRL_TYPE_BUTTON = 4, /* 無值 */

V4L2_CTRL_TYPE_INTEGER64 = 5, /* 後面三種不常用 */

V4L2_CTRL_TYPE_CTRL_CLASS = 6,

V4L2_CTRL_TYPE_STRING = 7,

};

命令的標誌取值如下：

/* Control flags */

#define V4L2_CTRL_FLAG_DISABLED 0x0001

#define V4L2_CTRL_FLAG_GRABBED 0x0002

#define V4L2_CTRL_FLAG_READ_ONLY 0x0004

#define V4L2_CTRL_FLAG_UPDATE 0x0008

#define V4L2_CTRL_FLAG_INACTIVE 0x0010

#define V4L2_CTRL_FLAG_SLIDER 0x0020

#define V4L2_CTRL_FLAG_WRITE_ONLY 0x0040


/* Query flag, to be ORed with the control ID */

#define V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL 0x80000000

id 是命令的編號，常見的命令有兩種：一種以 V4L2_CID_BASE 為起始值，是公用命令；一種以 V4L2_CID_PRIVATE_BASE 為起始值，是私有命令。在一般的應用中命令值可見如下：

​​​​​​​

V4L2_CID_CONTRAST (V4L2_CID_BASE+1) /* 對比度調節 */

V4L2_CID_SATURATION (V4L2_CID_BASE+2) /* 飽和度調節 */

V4L2_CID_AUDIO_VOLUME (V4L2_CID_BASE+5) /* 音量調節 */

V4L2_CID_AUDIO_MUTE (V4L2_CID_BASE+9) /* 靜音設定 */

V4L2_CID_DO_WHITE_BALANCE (V4L2_CID_BASE+13) /* 白平衡調節 */

V4L2_CID_GAMMA (V4L2_CID_BASE+16) /* 伽馬值調節 */

V4L2_CID_EXPOSURE (V4L2_CID_BASE+17) /* 曝光度調節 */


V4L2_CID_PRIVATE_ATXX_FLASH (V4L2_CID_PRIVATE_BASE + 2) /* 閃光燈控制 */

V4L2_CID_PRIVATE_ATXX_FRAME (V4L2_CID_PRIVATE_BASE + 12) /* 幀率調節 */

 type 為命令值的型別（總共有7中型別的值），name 是命令的名稱，reserved 則是命令值的位圖表示，驅動會將所有的命令值都以 bit 的形式寫到 64 位的域中，上層應用查詢時可以根據點陣圖判斷命令支援的值。

7、struct v4l2_control 與 VIDIOC_G_CTRL、VIDIOC_S_CTRL

VIDIOC_S_CTRL 或 VIDIOC_G_CTRL 命令通過結構 v4l2_control 設定或者獲取 id 命令的值：

struct v4l2_control {

__u32 id;

__s32 value;

};

​​​​​​​這個結構只有 2 個域，id 是命令編號，value 則是命令的值。

8、struct v4l2_tuner 與 VIDIOC_G_TUNER、VIDIOC_S_TUNER

VIDIOC_S_TUNER 或 VIDIOC_G_TUNER 命令通過結構 v4l2_tuner 設定調諧器的資訊：

​​​​​​​

struct v4l2_tuner {

__u32 index; /* 調諧器編號，由應用程式設定 */

__u8 name[32]; /* 調諧器名稱 */

enum v4l2_tuner_type type; /* 調諧器型別 */

__u32 capability; /* 調諧器支援的操作 */

__u32 rangelow; /* 最低頻率值，單位為62.5Hz或者62.5KHz */

__u32 rangehigh; /* 最高頻率值 */

__u32 rxsubchans; /* 接收的音訊訊號型別 */

__u32 audmode; /* 當前音訊播放形式 */

__s32 signal; /* 訊號強度 */

__s32 afc; /* 自動頻率控制 */

__u32 reserved[4]; /* 保留備用 */

};

其中

enum v4l2_tuner_type {

V4L2_TUNER_RADIO = 1, /* 調頻收音機 */

V4L2_TUNER_ANALOG_TV = 2, /* 模擬電視高頻頭 */

V4L2_TUNER_DIGITAL_TV = 3, /* 數字電視高頻頭 */

};

其中域 type 有三種類型；capability 域一般為 V4L2_TUNER_CAP_LOW，表明頻率調節的步長是62.5Hz，如果沒有這個標誌位則步長為62.5KHz；rangelow 與 rangehigh 是調諧器可以調頻率的最高值和最低值，但都以步長為單位表示；rxsubchans 表示調諧器接收的音訊訊號型別，常見值有 V4L2_TUNER_SUB_MONO | V4L2_TUNER_SUB_STEREO  即單聲道與立體聲；audmode 表示以何種方式播放聲音，常見值有 V4L2_TUNER_MODE_MONO | V4L2_TUNER_MODE_STEREO，即以單聲道還是立體聲的方式播放；signal 為當前訊號強度，一般取值範圍為 0 - 65535。
9、struct v4l2_frequency 與 VIDIOC_G_FREQUENCY、VIDIOC_S_FREQUENCY

VIDIOC_S_FREQUENCY 或 VIDIOC_G_FREQUENCY 命令通過結構 v4l2_frequency 設定或獲取當前頻率值：

​​​​​​​

struct v4l2_frequency {

__u32 tuner; /* 調諧器編號 */

enum v4l2_tuner_type type; /* 調諧器型別 */

__u32 frequency; /* 調諧器頻率 */

__u32 reserved[8];

};

注意：frequency 的值是以62.5Hz 或者 62.5KHZ 為單位的。

附：_IO、_IOR、_IOW、_IOWR 巨集的使用說明

驅動程式中 ioctl  函式傳遞的變數 cmd 是應用程式向驅動程式請求處理的命令。cmd 除了用於區別不同命令的數值，還可包含有助於處理的幾種資訊。cmd 的大小為 32 bit，共分 4 個域：

bit29 ~ bit31： 3bit  為 “讀寫” 區，作用是區分是讀命令還是寫命令。
bit16 ~ bit28：13bit 為 "資料大小" 區，表示 ioctl 中的 arg 變數傳遞的資料大小；有時候為 14bit 即將 bit29 覆蓋。
bit8 ~ bit15：   8bit  為 “魔數"(也稱為"幻數")區，這個值用以與其它裝置驅動程式的 ioctl 命令進行區別。
bit0 ~ bit7：     8bit  為 "序號" 區，是區分命令的命令順序序號。

魔數（magic number）
魔數範圍為 0~255 。通常，用英文字元 'A' ~ 'Z' 或者 'a' ~ 'z' 來表示。裝置驅動程式從傳遞進來的命令獲取魔數，然後與自身處理的魔數想比較，如果相同則處理，不同則不處理。魔數是拒絕誤使用的初步輔助引數。裝置驅動程式可以通過巨集 _IOC_TYPE (cmd) 來獲取魔數。不同的裝置驅動程式最好設定不同的魔數，但並不是要求絕對，也是可以使用其他裝置驅動程式已用過的魔數。

基數（序號）
基數用於區別各種命令。通常，從 0開始遞增，相同裝置驅動程式上可以重複使用該值。例如，讀和寫命令中使用了相同的基數，裝置驅動程式也能分辨出來，原因在於裝置驅動程式區分命令時使用 switch ，且直接使用命令變數 cmd 值。建立命令的巨集生成的值由多個域組合而成，所以即使是相同的基數，也會判斷為不同的命令。裝置驅動程式想要從命令中獲取該基數，就使用巨集 _IOC_NR (cmd)。

下面我們看一下上述巨集在核心中的原型：

​​​​​​​

/*

* Our DIR and SIZE overlap in order to simulteneously provide

* a non-zero _IOC_NONE (for binary compatibility) and

* 14 bits of size as on i386. Here's the layout:

*

* 0xE0000000 DIR 3bit

* 0x80000000 DIR = WRITE bit31

* 0x40000000 DIR = READ bit30

* 0x20000000 DIR = NONE bit29

* 0x3FFF0000 SIZE (overlaps NONE bit) 13bit

* 0x0000FF00 TYPE 8bit

* 0x000000FF NR (CMD) 8bit

*/

/* 各個域的長度 */

#define _IOC_NRBITS 8

#define _IOC_TYPEBITS 8

#define _IOC_SIZEBITS 13 /* Actually 14, see below. */

#define _IOC_DIRBITS 3

/* 各個域的掩碼 */

#define _IOC_NRMASK ((1 << _IOC_NRBITS)-1)

#define _IOC_TYPEMASK ((1 << _IOC_TYPEBITS)-1)

#define _IOC_SIZEMASK ((1 << _IOC_SIZEBITS)-1)

#define _IOC_XSIZEMASK ((1 << (_IOC_SIZEBITS+1))-1)

#define _IOC_DIRMASK ((1 << _IOC_DIRBITS)-1)

/* 各個域的偏移 */

#define _IOC_NRSHIFT 0

#define _IOC_TYPESHIFT (_IOC_NRSHIFT + _IOC_NRBITS) /* 8 */

#define _IOC_SIZESHIFT (_IOC_TYPESHIFT + _IOC_TYPEBITS) /* 16 */

#define _IOC_DIRSHIFT (_IOC_SIZESHIFT + _IOC_SIZEBITS) /* 29 */

/* 讀寫域的值 */

#define _IOC_NONE 1U

#define _IOC_READ 2U

#define _IOC_WRITE 4U


#define _IOC(dir,type,nr,size) \

(((dir) << _IOC_DIRSHIFT) | \ /* 讀寫方向左移 29bit */

((type) << _IOC_TYPESHIFT) | \ /* 幻數左移 8bit */

((nr) << _IOC_NRSHIFT) | \ /* 命令序號 */

((size) << _IOC_SIZESHIFT)) /* 引數大小左移 16bit */

/* 巨集原型，這裡將會根據傳遞的資料型別取其長度 */

#define _IO(type,nr) _IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)

#define _IOR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),sizeof(size))

#define _IOW(type,nr,size) _IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))

#define _IOWR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))

/* 獲取各個域的值 */

#define _IOC_DIR(nr) (((nr) >> _IOC_DIRSHIFT) & _IOC_DIRMASK)

#define _IOC_TYPE(nr) (((nr) >> _IOC_TYPESHIFT) & _IOC_TYPEMASK)

#define _IOC_NR(nr) (((nr) >> _IOC_NRSHIFT) & _IOC_NRMASK)

#define _IOC_SIZE(nr) (((nr) >> _IOC_SIZESHIFT) & _IOC_SIZEMASK)

這裡特別說明一下 _IO 巨集，該巨集沒有可傳遞的變數，只用於傳送命令。這是因為變數需要可變資料，只作為命令（比如 reset）使用時，沒有必要判斷裝置上的資料，因此裝置驅動程式沒有必要執行檔案相關的處理。在 v4l2 中使用示例如下：

​​​​​​​

#define VIDIOC_QUERYCAP _IOR('V', 0, struct v4l2_capability)

#define VIDIOC_RESERVED _IO('V', 1)

#define VIDIOC_S_FMT _IOWR('V', 5, struct v4l2_format)

#define VIDIOC_STREAMON _IOW('V', 18, int)

v4l2 中對上述巨集命令的處理在 video_ioctl2 函式中：​​​​​​​

static unsigned long cmd_input_size(unsigned int cmd)

{

#define CMDINSIZE(cmd, type, field) \

case VIDIOC_##cmd: \

return offsetof(struct v4l2_##type, field) + \ /* 域的偏移 */

sizeof(((struct v4l2_##type *)0)->field); /* 域的長度 */


switch (cmd) {

CMDINSIZE(ENUM_FMT, fmtdesc, type);

CMDINSIZE(G_FMT, format, type);

...

CMDINSIZE(ENUM_FRAMESIZES, frmsizeenum, pixel_format);

CMDINSIZE(ENUM_FRAMEINTERVALS, frmivalenum, height);

default:

return _IOC_SIZE(cmd); /* 剩下的是需要全部拷貝的命令 */

}

}


long video_ioctl2(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)

{

char sbuf[128]; /* 在棧中分配128個位元組空間用來儲存命令的引數 */

void *mbuf = NULL;

void *parg = NULL; /* 引數存放的首地址 */

long err = -EINVAL;

int is_ext_ctrl;

size_t ctrls_size = 0;

void __user *user_ptr = NULL;


...

/* 判斷是否包含讀寫命令,如果是則將使用者空間的引數值拷貝到核心 */

if (_IOC_DIR(cmd) != _IOC_NONE) {

/* 判斷引數大小是否超過128位元組 */

if (_IOC_SIZE(cmd) <= sizeof(sbuf)) {

parg = sbuf;

} else {

/* 如果超過128位元組則從堆中申請 */

mbuf = kmalloc(_IOC_SIZE(cmd), GFP_KERNEL);

if (NULL == mbuf)

return -ENOMEM;

parg = mbuf;

}


err = -EFAULT;

/* 如果包含寫命令 */

if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_WRITE) {

/* 計算需要拷貝的有效資料長度,有的命令不需要全部拷貝 */

unsigned long n = cmd_input_size(cmd);

/* 從使用者空間拷貝引數值 */

if (copy_from_user(parg, (void __user *)arg, n))

goto out;


/* 將剩下的空間清零 */

if (n < _IOC_SIZE(cmd))

memset((u8 *)parg + n, 0, _IOC_SIZE(cmd) - n);

} else {

/* 如果是隻讀命令則將整個buffer清零 */

memset(parg, 0, _IOC_SIZE(cmd));

}

}


...

/* 呼叫 v4l2_ioctl_ops 的成員函式處理命令 */

err = __video_do_ioctl(file, cmd, parg);

if (err == -ENOIOCTLCMD)

err = -EINVAL;

...

if (err < 0)

goto out;


out_ext_ctrl:

/* 如果包含讀命令則將引數值拷貝到使用者空間 */

switch (_IOC_DIR(cmd)) {

case _IOC_READ:

case (_IOC_WRITE | _IOC_READ):

if (copy_to_user((void __user *)arg, parg, _IOC_SIZE(cmd)))

err = -EFAULT;

break;

}


out:

kfree(mbuf);

return err;

}

EXPORT_SYMBOL(video_ioctl2);

然後我們在 struct v4l2_file_operations 中將 ioctl 成員設定為 video_ioctl2 即可。

Ioctl框架是由v4l2_ioctl.c檔案實現，檔案中定義結構體陣列v4l2_ioctls，可以看做是ioctl指令和回撥函式的關係表。使用者空間呼叫系統呼叫ioctl，傳遞下來ioctl指令，然後通過查詢此關係表找到對應回撥函式

IOCTL呼叫的流程圖如下：

  使用者空間通過開啟/dev/目錄下的裝置節點，獲取到檔案的file結構體，通過系統呼叫ioctl把cmd和arg傳入到核心。通過一系列的呼叫後最終會呼叫到__video_do_ioctl函式，然後通過cmd檢索v4l2_ioctls[]，判斷是INFO_FL_STD還是INFO_FL_FUNC。如果是INFO_FL_STD會直接呼叫到視訊裝置驅動中video_device->v4l2_ioctl_ops函式集。如果是INFO_FL_FUNC會先呼叫到v4l2自己實現的標準回撥函式，然後根據arg再呼叫到video_device->v4l2_ioctl_ops或v4l2_fh->v4l2_ctrl_handler函式集。