攝像頭驅動——V4L2框架分析
一、概述
Video for Linux 2，簡稱V4l2，是Linux內核中關於視頻設備的內核驅動框架，為上層的訪問底層的視頻設備提供了統一的接口。
攝像頭驅動是屬於字符設備驅動程序。（分析linux3.4.2內核）
二、如何寫字符設備驅動
1、對於簡單的驅動：
1）.構造一個file_operations:.open=drv_open .read=drv_read
2）.告訴內核：register_chrdev(主設備號，名字，&file_operations)
3）.入口函數：調用register_chrdev
4）.出口函數：卸載
一般采用register_chrdev的代替方法：分配、設置cdev，cdev_add
2、對於稍復雜的驅動程序采用分層思想
例如LCD驅動中分為兩層：上層通用的核心層內核已經幫我們做好，即在fbmem.c
1.構造file_operations（open/ read /write ...）
2.註冊
3.入口、出口
我們做的是硬件相關層，供上層file_operations調用
1.分配一個fb_info 結構體
2.設置
3.註冊
4.硬件相關的操作
三、分析V4L2框架
把usb設備接到系統前臺，會有打印信息，根據打印信息在內核裏找出驅動，用dmsg命令查看；
grep "Found UVC" * -nR 搜索 在uvc_driver.c裏，這是個硬件相關的驅動。
分析代碼，猜測V4L2 框架 肯定也是分為至少兩層 。
應用層：
/*調用 open read write -->調用 v4l2_fops 裏的 open read write->調用硬件相關層的video_device 裏提供的函數*/
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核心層：v4l2-dev.c __video_register_device
構造：v4l2_fops（
.read = v4l2_read,
.open = v4l2_open, ...）
註冊：
vdev->cdev = cdev_alloc(); //1.字符設備cdev_alloc
vdev->cdev->ops = &v4l2_fops; //2.設置fops
cdev_add(vdev->cdev, MKDEV(VIDEO_MAJOR, vdev->minor), 1); //3.cdev_add
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硬件相關層：如uvc_driver.c Found UVC
->v4l2_device_register(這個不重要)
->video_device_alloc->video_register_device(向核心層註冊)
->v4l2-dev.h->__video_register_device(v4l2-dev.c)
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即分配結構體 video_device （裏面的函數供上層v4l2_fops調用）
設置 註冊video_register_device
四、通過vivi.c分析v4l2核心驅動框架
（virtual video driver ）虛擬視頻驅動
分析如下：
vivi_init （入口函數） vivi_create_instance(i); v4l2_device_register //非主要,僅初始化一些鎖等，實際未註冊啥 spin_lock_init(&v4l2_dev->lock); ... get_device(dev); v4l2_dev->dev = dev; vfd = video_device_alloc(); //分配video_device //設置 1.*vfd = vivi_template; //內容設置為vivi_template /*最底層的vivi 操作函數*/ static struct video_device vivi_template = { .name = "vivi", .fops = &vivi_fops, .ioctl_ops = &vivi_ioctl_ops, ... }; 2.vfd->v4l2_dev = &dev->v4l2_dev; 3.設置“Ctrl屬性”（用於APP的ioctl），音量、亮度、增益等 dev->volume = v4l2_ctrl_new_std(hdl, &vivi_ctrl_ops, V4L2_CID_AUDIO_VOLUME, 0, 255, 1, 200); dev->brightness = v4l2_ctrl_new_std(hdl, &vivi_ctrl_ops, V4L2_CID_BRIGHTNESS, 0, 255, 1, 127); dev->contrast = v4l2_ctrl_new_std(hdl, &vivi_ctrl_ops, V4L2_CID_CONTRAST, 0, 255, 1, 16); ... // 結構體vfd 類型 number video_register_device(video_device, VFL_TYPE_GRABBER, nr); //向上註冊 __video_register_device /* Part 1: check device type */ 檢驗設備類型 ... /* Part 2: find a free minor, device node number and device index. */ ... 互斥鎖相關 /* Part 3: Initialize the character device */ 初始化字符設備 vdev->cdev = cdev_alloc(); vdev->cdev->ops = &v4l2_fops; cdev_add ... /* Part 6: Activate this minor. The char device can now be used. */ video_device[vdev->minor] = vdev; //以次設備號為下標，將vdev存入數組
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分析vivi.c的open、read、write、ioctl過程 1. open app: open ("/dev/video0",...) ---------------------------------------------- drv: v4l2_open vdev = video_devdata(filp); //根據次設備號從數組中得到video_device ret = vdev->fops->open(filp);//調用open函數 調用vivi.c 裏的v4l2_fh_open 2. read app: read... ---------------------------------------------- drv: v412_read struct video_device *vdev = video_devdata(filp); ret = vdev->fops->read(filp, buf, sz, off); 3. ioctl app: ioctl ---------------------------------------------- drv: v4l2_fops.unlocked_ioctl v4l2_ioctl struct video_device *vdev = video_devdata(filp); ret = vdev->fops->unlocked_ioctl(filp, cmd, arg); 調用vivi.c 裏的video_ioctl2 /*把用戶空間的參數復制進來，然後調用__video_do_ioctl*/ video_usercopy(file, cmd, arg, __video_do_ioctl); __video_do_ioctl *vdev = video_devdata(filp) 根據APP傳入的cmd來獲得、設置某些屬性
/*在vivi.c 裏一開始的vivi_create_instance裏設置*/
由上分析可知vivi.c主要完成了以下工作：
1 、初始化 v4l2_device結構體（代表一個 v4l2設備）
v4l2_device_register、 v4l2_device
2、分配video_device結構體
vfd = video_device_alloc()
3、設置video_device結構
a、 .vfd->v4l2_dev
b、vfd：
.fops 設置vfd的fops 裏的open、read、write 被上層調用
.ioctl_ops 最終會調用到ioctl（設置屬性被上層調用 ）
4、 註冊video_device結構體
（video_device 是內核對 v4l2_device的官方封裝，用於管理v4l2_device數據），向上層用戶提供訪問接口
video_register_device
問：APP可以通過ioctl來設置（獲得）亮度等信息，在驅動程序裏，誰來接收、存儲、設置到硬件（提供這些信息）？
答：在驅動程序中抽象出來一個結構體v4l2_ctrl, 每個Ctrl對應其中的一項（音量、亮度等等）；
由v4l2_ctrl_handler來管理他們
1.初始化
v4l2_ctrl_handler_init
2.設置
v4l2_ctrl_new_std
v4l2_ctrl_new_custom
這些函數就是創建各個屬性，並且放入v4l2_ctrl_handler的鏈表
3.跟vdev關聯
dev->v4l2_dev.ctrl_handler = hdl;
小結：
v4l2框架並未脫離字符設備驅動框架，只是ioctl的實現較為復雜。
攝像頭驅動——V4L2框架分析