LINUX摄像驱动二：虚拟驱动VIVI测试及彻底分析

LInux Kernel：3.4.2
gcc version： 4.3.2

参考文章：http://blog.csdn.net/lizuobin2/article/details/53006927

测试虚拟驱动vivi
准备工作：安装xawtv
sudo apt-get install xawtv

源码xawtv-3.95.tar.gz: http://www.kraxel.org/releases/xawtv/

在这个网站创建新的sources.list
http://repogen.simplylinux.ch/
1. 选择国家
2．选择相邻的ubuntu版本
3. 选择”Ubuntu Branches”
4. 生成sources.list
5. 把得到内容替换到/etc/apt/sources.list
6. sudo apt-get update
sudo apt-get install xawtv

测试USB摄像头：
1．让VMWAER处于前台，接上USB摄像头，可以看到生成了/dev/video0
2．执行 xawtv 即可看到图像

测试虚拟摄像头vivi：
1. 确实ubuntu的内核版本
uname -a
Linux book-desktop 2.6.31-14-generic #48-Ubuntu SMP Fri Oct 16 14:04:26 UTC 2009 i686 GNU/Linux
2. 去www.kernel.org下载同版本的内核
解压后把drivers/media/video目录取出
修改它的Makefile为：
//指定内核目录

KERN_DIR = /usr/src/linux-headers-2.6.31-14-genericall:        make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modulesclean:        make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean        rm -rf modules.orderobj-m   += vivi.oobj-m   += videobuf-core.oobj-m   += videobuf-vmalloc.oobj-m   += v4l2-common.o

3、 make
4、insmod videobuf-core.ko
insmod videobuf-vmalloc.ko
insmod v4l2-common.ko
insmod vivi.ko
5、 ls /dev/video*
6、 xawtv -c /dev/videoX

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vivi彻底分析

三、根据虚拟驱动vivi的使用过程彻底分析摄像头驱动
问1：怎样毕竟快捷获得程序所涉及的系统调用呢？
答1：用strace命令；
例如：strace -o xawtv.log xawtv 这样xawtv这个所涉及的open read等等函数的调用都会出现在log文件中；

下面是从”xawtv涉及的vivi驱动的系统调用.txt” 所列出

//下面这些可能是没有用，在源码里面没有对应的关系

3. ioctl(4, VIDIOC_G_FMT4. for()        ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT5. ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP    // 列举性能6. ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT     // 获得当前使用输入源7. ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT   // 列举输入源8. ioctl(4, VIDIOC_QUERYCTRL   // 查询属性,比如亮度、对比度9. ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP10. ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT

注意1：
1~7都是在v4l2_open（打开摄像头设备）里调用
1. open //第一个所涉及的系统调用
2. ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP //第二个调用

注意2：
3~7 都是在get_device_capabilities里调用
get_device_capabilities该函数作用：获得设备性能
3. for()
ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT // 列举输入源,VIDIOC_ENUMINPUT/VIDIOC_G_INPUT/VIDIOC_S_INPUT不是必需的
4. for()
ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD // 列举标准(制式), 不是必需的
5. for()
ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT // 列举格式:
6. ioctl(4, VIDIOC_G_PARM
7. for()
ioctl(4, VIDIOC_QUERYCTRL // 查询属性(比如说亮度值最小值、最大值、默认值)

注意3：
8~10都是通过v4l2_read_attr来调用的
我们的应用程序通过调用v4l2_read_attr这个函数，来获得属性
8. ioctl(4, VIDIOC_G_STD // 获得当前使用的标准(或者称为制式), 不是必需的
9. ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT //当前使用哪个通道
10. ioctl(4, VIDIOC_G_CTRL // 获得当前属性, 比如亮度是多少，与上面是有区别的

注意4：暂时不知道这两个函数在哪里被调用
11. ioctl(4, VIDIOC_TRY_FMT // 试试能否支持某种格式
12. ioctl(4, VIDIOC_S_FMT // 设置摄像头使用某种格式

注意:5：
13~16在v4l2_start_streaming 启动
13. ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS // 请求系统分配缓冲区
14. for()
ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF // 查询所分配的缓冲区；在for循环里面，对于每一个缓冲区，我们都QUERYBUF得到它的大小、地址等
mmap //然后调用mmap来映射它的地址
15. for ()
ioctl(4, VIDIOC_QBUF // 把所有的buffer缓冲区都放入队列
16. ioctl(4, VIDIOC_STREAMON // 启动摄像头

注意6：
17里都是通过v4l2_write_attr来调用的
17. for ()
ioctl(4, VIDIOC_S_CTRL // 设置属性，比如亮度等等
ioctl(4, VIDIOC_S_INPUT // 设置输入源
ioctl(4, VIDIOC_S_STD // 设置标准(制式), 不是必需的

注意7：
v4l2_nextframe > v4l2_waiton
18. v4l2_queue_all
v4l2_waiton
for () //这是一个大循环，处理很多数据
{
select(5, [4], NULL, NULL, {5, 0}) = 1 (in [4], left {4, 985979}) //select就是我们之前的poll机制，就是去查询设备有无数据，有数据的话就把应用程序唤醒读取数据
ioctl(4, VIDIOC_DQBUF // de-queue, 有数据了，调用DQBUF来获得这些buffer的信息，把缓冲区从队列中取出；
// 处理, 之前已经通过mmap获得了缓冲区的地址, 就可以直接访问数据
ioctl(4, VIDIOC_QBUF // 处理完数据之后，再调用QBUF把缓冲区放入队列
}

xawtv的几大函数：

1. v4l2_open2. v4l2_read_attr/v4l2_write_attr3. v4l2_start_streaming4. v4l2_nextframe/v4l2_waiton

Garmen：

     //不是必须需要的，用于选择输入源，在xwatv里面就是Video source;    .vidioc_enum_input    = vidioc_enum_input,                  //表明输入源；假如屏蔽掉这个项，xwatv显示vivi的时候就会缺少Video source Cam n,显示为unknown    .vidioc_g_input       = vidioc_g_input,                             //获得当前输入源；    .vidioc_s_input       = vidioc_s_input,                             //设置用哪个输入源；     //不是必须需要的，用于列举、设置、获得TV制式    .vidioc_s_std         = vidioc_s_std,    .video_dev:    .tvnorms              = V4L2_STD_525_60,    //用于VIDIOC_ENUMSTD    .current_norm         = V4L2_STD_NTSC_M,     //用于VIDIOC_G_STD

摄像头驱动程序必需的11个ioctl:

    // 表示它是一个摄像头设备，还用了V4L2_CAP_STREAMING | V4L2_CAP_READWRITE;这两个标志位；    .vidioc_querycap      = vidioc_querycap,    /* 用于列举、获得、测试、设置摄像头的数据的格式 */    .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,    /* 缓冲区操作: 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,   

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继续分析数据的获取过程：
1. 请求分配缓冲区: ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS // 请求系统分配缓冲区
videobuf_reqbufs(队列, v4l2_requestbuffers) // 队列在open函数用videobuf_queue_vmalloc_init初始化
// 注意：这个IOCTL只是分配缓冲区的头部信息，真正的缓存还没有分配呢
在我们驱动程序有一条原则，这些资源只有在我们用到的时候才进行分配

1. 查询映射缓冲区:
   ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF // 查询所分配的缓冲区
   videobuf_querybuf // 获得缓冲区的数据格式、大小、每一行长度、高度；注意：这里只是表面缓冲区将会有多大，并不表明缓冲区已经被分配了
   mmap(参数里有”大小”) // 在这里才分配缓存
   v4l2_mmap
   vivi_mmap
   videobuf_mmap_mapper
   videobuf-vmalloc.c 里的__videobuf_mmap_mapper
   mem->vmalloc = vmalloc_user(pages); // 在这里才给缓冲区分配空间

到这里时候我们已经拥有缓冲区了

1. 把缓冲区放入队列:
   ioctl(4, VIDIOC_QBUF // 把缓冲区放入队列的尾部
   videobuf_qbuf
   q->ops->buf_prepare(q, buf, field); // 调用驱动程序提供的函数做些预处理
   list_add_tail(&buf->stream, &q->stream); // 把缓冲区放入队列的尾部
   q->ops->buf_queue(q, buf); // 调用驱动程序提供的”入队列函数”

2. 启动摄像头
   ioctl(4, VIDIOC_STREAMON
   videobuf_streamon
   q->streaming = 1;

3. 用select查询是否有数据

       // 驱动程序里必定有: 产生数据、唤醒进程          v4l2_poll                vdev->fops->poll                    vivi_poll                           videobuf_poll_stream                            // 从队列的头部获得缓冲区                             buf = list_entry(q->stream.next, struct videobuf_buffer, stream);                            // 如果缓冲区没有数据的话则休眠 ，在buf->done 这里进行休眠                                                   poll_wait(file, &buf->done, wait);

问：谁来产生数据、谁来唤醒它？
答：VIVI虚拟用内核线程vivi_thread每30MS执行一次，真实摄像头是硬件产生数据
VIVI 调用
vivi_thread_tick
vivi_fillbuff(fh, buf); // 构造数据
wake_up(&buf->vb.done); // 唤醒进程

1. 有数据后（即是唤醒之后）从队列里取出缓冲区
   // 问：有那么多缓冲区，APP如何知道哪一个缓冲区有数据？
   // 答：调用VIDIOC_DQBUF

ioctl(4, VIDIOC_DQBUF    vidioc_dqbuf           // 1、在队列里获得有数据的缓冲区        retval = stream_next_buffer(q, &buf, nonblocking);        //2、 把它从队列中删掉        list_del(&buf->stream);        // 3、把这个缓冲区的状态返回给APP        videobuf_status(q, b, buf, q->type);

1. 应用程序根据VIDIOC_DQBUF所得到缓冲区状态，知道是哪一个缓冲区有数据
   就去读对应的地址(该地址来自前面的mmap)

总结如下图所示！

总结：
怎么写摄像头驱动程序:

v4l2_dev根本不重要，重要的是video_devic！！
1. 分配video_device:video_device_alloc
2. 设置
.fops
.ioctl_ops (里面需要设置11项)
如果要用内核提供的缓冲区操作函数，还需要构造一个videobuf_queue_ops
3. 注册: video_register_device