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攝像頭驅動（一）————V4L2框架淺析

阿新 • • 發佈：2019-01-24

V4L2 ：video for linux version 2 ，是 linux 裡一套標準的視訊驅動，它支援 uvc 標準的攝像頭。本文來分析一下它的核心框架。


  整個v4l2的框架分為三層：

    在應用層，我們可以在 /dev 目錄發現 video0 類似的裝置節點，上層的攝像頭程式開啟裝置節點進行資料捕獲，顯示視訊畫面。裝置節點的名字很統一，video0 video1 video2...這些裝置節點在是核心層註冊。

    核心層 v4l2-dev.c，承上啟下，對於每一個硬體相關層註冊進來的裝置，設定一個統一的介面 v4l2_fops ，既然是統一的介面必然不是具體的視訊裝置的操作函式，應用層呼叫 v4l2_fops 中的函式最終將呼叫到硬體相關層的 video_device 的 fops 。

    硬體相關層，與具體的視訊硬體打交道，分配、設定、註冊 video_device 結構體。

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  1. staticint __init videodev_init(void)  
  2. {  
  3.     /* 申請裝置號，留給 video 裝置使用 */
  4.     dev_t dev = MKDEV(VIDEO_MAJOR, 0);  
  5.     ret = register_chrdev_region(dev, VIDEO_NUM_DEVICES, VIDEO_NAME);  
  6.     /* 建立 video 類 */
  7.     ret = class_register(&video_class);  
  8.     return 0;  
  9. }  
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  1. struct video_device  
  2. {  
  3.     /* device ops */
  4.     conststruct v4l2_file_operations *fops;  
  5.     /* sysfs */
  6.     struct device dev;      /* v4l device */
  7.     struct cdev *cdev;      /* character device */
  8.     /* Set either parent or v4l2_dev if your driver uses v4l2_device */
  9.     struct device *parent;          /* device parent */
  10.     struct v4l2_device *v4l2_dev;   /* v4l2_device parent */
  11.     /* Control handler associated with this device node. May be NULL. */
  12.     struct v4l2_ctrl_handler *ctrl_handler;  
  13.     /* Priority state. If NULL, then v4l2_dev->prio will be used. */
  14.     struct v4l2_prio_state *prio;  
  15.     /* device info */
  16.     char name[32];  
  17.     int vfl_type;  
  18.     /* 'minor' is set to -1 if the registration failed */
  19.     int minor;  
  20.     u16 num;  
  21.     /* use bitops to set/clear/test flags */
  22.     unsigned long flags;  
  23.     /* attribute to differentiate multiple indices on one physical device */
  24.     int index;  
  25.     /* V4L2 file handles */
  26.     spinlock_t      fh_lock; /* Lock for all v4l2_fhs */
  27.     struct list_head    fh_list; /* List of struct v4l2_fh */
  28.     int debug;          /* Activates debug level*/
  29.     /* Video standard vars */
  30.     v4l2_std_id tvnorms;        /* Supported tv norms */
  31.     v4l2_std_id current_norm;   /* Current tvnorm */
  32.     /* callbacks */
  33.     void (*release)(struct video_device *vdev);  
  34.     /* ioctl callbacks */
  35.     conststruct v4l2_ioctl_ops *ioctl_ops;  
  36.     DECLARE_BITMAP(valid_ioctls, BASE_VIDIOC_PRIVATE);  
  37.     /* serialization lock */
  38.     DECLARE_BITMAP(disable_locking, BASE_VIDIOC_PRIVATE);  
  39.     struct mutex *lock;  
  40. };  
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  1. struct v4l2_device {  
  2.     struct device *dev;  
  3.     /* used to keep track of the registered subdevs */
  4.     struct list_head subdevs;  
  5.     spinlock_t lock;  
  6.     char name[V4L2_DEVICE_NAME_SIZE];  
  7.     void (*notify)(struct v4l2_subdev *sd, unsigned int notification, void *arg);  
  8.     struct v4l2_ctrl_handler *ctrl_handler;  
  9.     struct v4l2_prio_state prio;  
  10.     struct mutex ioctl_lock;  
  11.     struct kref ref;  
  12.     void (*release)(struct v4l2_device *v4l2_dev);  
  13. };  
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  1. staticinlineint __must_check video_register_device(struct video_device *vdev,  
  2.         int type, int nr)  
  3. {  
  4.     return __video_register_device(vdev, type, nr, 1, vdev->fops->owner);  
  5. }  
  6. int __video_register_device(struct video_device *vdev, int type, int nr,  
  7.         int warn_if_nr_in_use, struct module *owner)  
  8. {  
  9.     int i = 0;  
  10.     int ret;  
  11.     int minor_offset = 0;  
  12.     int minor_cnt = VIDEO_NUM_DEVICES;  
  13.     constchar *name_base;  
  14.     /* A minor value of -1 marks this video device as never having been registered */
  15.     vdev->minor = -1;  
  16.     /* 視訊裝置的裝置節點一般為 video0 ..video 就是由此而來 */
  17.     switch (type) {  
  18.     case VFL_TYPE_GRABBER:  
  19.         name_base = "video";  
  20.         break;  
  21.     case VFL_TYPE_VBI:  
  22.         name_base = "vbi";  
  23.         break;  
  24.     ...  
  25.     }  
  26.     vdev->vfl_type = type;  
  27.     vdev->cdev = NULL;  
  28.     /* Part 2: find a free minor, device node number and device index. */
  29. #ifdef CONFIG_VIDEO_FIXED_MINOR_RANGES
  30.     switch (type) {  
  31.     case VFL_TYPE_GRABBER:  
  32.         minor_offset = 0;  
  33.         minor_cnt = 64;  
  34.         break;  
  35.     ...  
  36. #endif
  37.     /* 尋找一個空的項，這個好像並不重要 */
  38.     mutex_lock(&videodev_lock);  
  39.     nr = devnode_find(vdev, nr == -1 ? 0 : nr, minor_cnt);  
  40.     if (nr == minor_cnt)  
  41.         nr = devnode_find(vdev, 0, minor_cnt);  
  42.     if (nr == minor_cnt) {  
  43.         printk(KERN_ERR "could not get a free device node number\n");  
  44.         mutex_unlock(&videodev_lock);  
  45.         return -ENFILE;  
  46.     }  
  47. #ifdef CONFIG_VIDEO_FIXED_MINOR_RANGES
  48.     /* 1-on-1 mapping of device node number to minor number */
  49.     i = nr;  
  50. #else
  51.     /* 在全域性 video_deivce 陣列中尋找一個空的項,下標+minor_offset作為裝置的次裝置號 */
  52.     for (i = 0; i < VIDEO_NUM_DEVICES; i++)  
  53.         if (video_device[i] == NULL)  
  54.             break;  
  55.     if (i == VIDEO_NUM_DEVICES) {  
  56.         mutex_unlock(&videodev_lock);  
  57.         printk(KERN_ERR "could not get a free minor\n");  
  58.         return -ENFILE;  
  59.     }  
  60. #endif
  61.     vdev->minor = i + minor_offset;  
  62.     vdev->num = nr;  
  63.     devnode_set(vdev);  
  64.     if (vdev->ioctl_ops)  
  65.         determine_valid_ioctls(vdev);  
  66.     /* 註冊字元裝置 */
  67.     vdev->cdev = cdev_alloc();  
  68.     vdev->cdev->ops = &v4l2_fops;  
  69.     vdev->cdev->owner = owner;  
  70.     ret = cdev_add(vdev->cdev, MKDEV(VIDEO_MAJOR, vdev->minor), 1);  
  71.     /* 得把device註冊進核心，mdev才能自動建立裝置節點，/dev 目錄下的video0 等就是來自這裡 */
  72.     vdev->dev.class = &video_class;  
  73.     vdev->dev.devt = MKDEV(VIDEO_MAJOR, vdev->minor);  
  74.     if (vdev->parent)  
  75.         vdev->dev.parent = vdev->parent;  
  76.     dev_set_name(&vdev->dev, "%s%d", name_base, vdev->num);  
  77.     ret = device_register(&vdev->dev);  
  78.     vdev->dev.release = v4l2_device_release;  
  79.     /* Part 6: Activate this minor. The char device can now be used. */
  80.     set_bit(V4L2_FL_REGISTERED, &vdev->flags);  
  81.     mutex_lock(&videodev_lock);  
  82.     video_device[vdev->minor] = vdev;  
  83.     mutex_unlock(&videodev_lock);  
  84.     return 0;  
  85. }  
  86. EXPORT_SYMBOL(__video_register_device);  
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  1. staticconststruct file_operations v4l2_fops = {  
  2.     .owner = THIS_MODULE,  
  3.     .read = v4l2_read,  
  4.     .write = v4l2_write,  
  5.     .open = v4l2_open,  
  6.     .get_unmapped_area = v4l2_get_unmapped_area,  
  7.     .mmap = v4l2_mmap,  
  8.     .unlocked_ioctl = v4l2_ioctl,  
  9. #ifdef CONFIG_COMPAT
  10.     .compat_ioctl = v4l2_compat_ioctl32,  
  11. #endif
  12.     .release = v4l2_release,  
  13.     .poll = v4l2_poll,  
  14.     .llseek = no_llseek,  
  15. };  
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