Linux3.5—视屏模块学习与分析

插入USB摄像头后，我看到了识别出的一些信息，在内核源码中搜到了相关信息：

搜索之后，在uvc_driver.c

帮助文档：linux-3.5/Documentation/video4linux/v4l2-framework.txt

分析驱动程序最好的方法就是跟踪应用程序对他的调用过程。

开始分析  /linux-3.5/drivers/media/video/uvc/uvc_driver.c

　　usb_register(&uvc_driver.driver);

uvc_ids 指所能支持的设备。

下面查看probe函数：

/* USB探针、断开连接、挂起和恢复*/

　　

　　(uvc_register_chains(dev)

　　　　

　　　　　　　　

　　　　

 static int uvc_register_video(struct uvc_device *dev,
                 struct uvc_streaming *stream)
 {
         struct video_device *vdev;
         int ret;

         /* Initialize the streaming interface with default streaming
          * parameters.
          */
         ret = uvc_video_init(stream);
         if (ret < ) {
                 uvc_printk(KERN_ERR, "Failed to initialize the device "
                         "(%d).\n", ret);
                 return ret;
         }

         uvc_debugfs_init_stream(stream);
 ////////////////////////////标记/////////////////////////////
         /* Register the device with V4L. */
         vdev = video_device_alloc();
         if (vdev == NULL) {
                 uvc_printk(KERN_ERR, "Failed to allocate video device (%d).\n",
                            ret);
                 return -ENOMEM;
         }

         /* We already hold a reference to dev->udev. The video device will be
          * unregistered before the reference is released, so we don't need to
          * get another one.
          */
         vdev->v4l2_dev = &dev->vdev;
///////////////////////标记/////////////////////////////////
         vdev->fops = &uvc_fops;

         vdev->release = uvc_release;
         strlcpy(vdev->name, dev->name, sizeof vdev->name);

         /* Set the driver data before calling video_register_device, otherwise
          * uvc_v4l2_open might race us.
          */
         stream->vdev = vdev;
         video_set_drvdata(vdev, stream);
 
/////////////////////////////////标记/////////////////////////////////////////////////
         ret = video_register_device(vdev, VFL_TYPE_GRABBER, -);
         if (ret < ) {
                 uvc_printk(KERN_ERR, "Failed to register video device (%d).\n",
                            ret);
                 stream->vdev = NULL;
                 video_device_release(vdev);
                 return ret;
         }

         atomic_inc(&dev->nstreams);
         return ;
 }

通过 ubuntu 摄像头测试，测试软件使用 xawtv

执行xawtv 就能查看到USB摄像头的数据，

测试虚拟摄像头：vivi

下载 ubuntn 相关版本的内核源码，复制整个 /media/video 整个目录复制出来。

编译最后生成vivi.ko，安装时候会出现错误，可以使用dmesg查看打印信息，安装依赖项。

通过xawtv查看虚拟出来的摄像头模块。

安装时候还可以用：sudo modprobe vivi 安装ubuntu自带的vivi，这样所有依赖项都会被装上

然后，rmmod vivi

安装自己的vivi.ko　　　　这样可以修改自己的模块，用于调试。

用 strace 可以获得应用所涉及的系统调用。

获得系统调用信息。

先了解USB摄像头内部框架：uvc specification

参考：　USB_Video_Example 1.5.pdf

　　　　UVC 1.5Class specification.pdf

下载地址    https://github.com/Jason543716996/USB_class.git

分析UVC驱动调用过程：
const struct v4l2_file_operations uvc_fops = {
　　.owner    = THIS_MODULE,
　　.open      = uvc_v4l2_open,
　　.release  = uvc_v4l2_release,
　　.ioctl 　   = uvc_v4l2_ioctl,
　　.read       = uvc_v4l2_read,
　　.mmap    = uvc_v4l2_mmap,
　　.poll        = uvc_v4l2_poll,
};

　　　　　　
1. open:
　　uvc_v4l2_open

2. VIDIOC_QUERYCAP // video->streaming->type 应该是在设备被枚举时分析描述符时设置的
　　　　if (video->streaming->type == V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE)
　　　　　　cap->capabilities = V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE | V4L2_CAP_STREAMING;
　　　　else
　　　　　　cap->capabilities = V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT | V4L2_CAP_STREAMING;

3. VIDIOC_ENUM_FMT // format数组应是在设备被枚举时设置的
　　　　format = &video->streaming->format[fmt->index];
4. VIDIOC_G_FMT
　　　　uvc_v4l2_get_format // USB摄像头支持多种格式fromat, 每种格式下有多种frame(比如分辨率)
　　　　struct uvc_format *format = video->streaming->cur_format;
　　　　struct uvc_frame *frame = video->streaming->cur_frame;
5. VIDIOC_TRY_FMT
　　　　uvc_v4l2_try_format
　　　　/* Check if the hardware supports the requested format. */

　　　　/* Find the closest image size. The distance between image sizes is
　　　　* the size in pixels of the non-overlapping regions between the
　　　　* requested size and the frame-specified size.
　　　　*/
6. VIDIOC_S_FMT // 只是把参数保存起来，还没有发给USB摄像头
　　　　uvc_v4l2_set_format
　　　　uvc_v4l2_try_format
　　　　video->streaming->cur_format = format;
　　　　video->streaming->cur_frame = frame;
7. VIDIOC_REQBUFS
　　　　uvc_alloc_buffers
　　　　for (; nbuffers > 0; --nbuffers) {
　　　　mem = vmalloc_32(nbuffers * bufsize);
　　　　if (mem != NULL)
　　　　break;
　　　　}
8. VIDIOC_QUERYBUF
　　　　uvc_query_buffer
　　　　__uvc_query_buffer
　　　　memcpy(v4l2_buf, &buf->buf, sizeof *v4l2_buf); // 复制参数
9. mmap
　　　　uvc_v4l2_mmap

10. VIDIOC_QBUF
　　　　uvc_queue_buffer
　　　　list_add_tail(&buf->stream, &queue->mainqueue);
　　　　list_add_tail(&buf->queue, &queue->irqqueue);

11. VIDIOC_STREAMON
　　　　uvc_video_enable(video, 1) // 把所设置的参数发给硬件,然后启动摄像头
　　　　/* Commit the streaming parameters. */
　　　　uvc_commit_video
　　　　uvc_set_video_ctrl /* 设置格式fromat, frame */
　　　　ret = __uvc_query_ctrl(video->dev /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, 0,
　　　　video->streaming->intfnum /* 哪一个接口: VS */,
　　　　probe ? VS_PROBE_CONTROL : VS_COMMIT_CONTROL, data, size,
　　　　uvc_timeout_param);

/* 启动：Initialize isochronous/bulk URBs and allocate transfer buffers. */
　　　　uvc_init_video(video, GFP_KERNEL);
　　　　uvc_init_video_isoc / uvc_init_video_bulk
　　　　urb->complete = uvc_video_complete; (收到数据后此函数被调用,它又调用video->decode(urb, video, buf); ==> uvc_video_decode_isoc/uvc_video_encode_bulk => 　　　　uvc_queue_next_buffer => wake_up(&buf->wait);)

　　　　usb_submit_urb
12. poll
　　　　uvc_v4l2_poll
　　　　uvc_queue_poll
　　　　poll_wait(file, &buf->wait, wait); // 休眠等待有数据

13. VIDIOC_DQBUF
　　　　uvc_dequeue_buffer
　　　　list_del(&buf->stream);

14. VIDIOC_STREAMOFF
　　　　uvc_video_enable(video, 0);
　　　　usb_kill_urb(urb);
　　　　usb_free_urb(urb);

分析设置亮度过程：
　　　　ioctl: VIDIOC_S_CTRL
　　　　uvc_ctrl_set
　　　　uvc_ctrl_commit
　　　　__uvc_ctrl_commit(video, 0);
　　　　uvc_ctrl_commit_entity(video->dev, entity, rollback);
　　　　ret = uvc_query_ctrl(dev /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, ctrl->entity->id /* 哪一个unit/terminal */,
　　　　　　　　dev->intfnum /* 哪一个接口: VC interface */, ctrl->info->selector,
　　　　　　　　uvc_ctrl_data(ctrl, UVC_CTRL_DATA_CURRENT),
　　　　　　　　ctrl->info->size);

总结：
　　1. UVC设备有2个interface: VideoControl Interface, VideoStreaming Interface
　　2. VideoControl Interface用于控制，比如设置亮度。它内部有多个Unit/Terminal(在程序里Unit/Terminal都称为entity)
　　可以通过类似的函数来访问：
　　　　ret = uvc_query_ctrl(dev /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, ctrl->entity->id /* 哪一个unit/terminal */,
　　　　　　　　　　　　dev->intfnum /* 哪一个接口: VC interface */, ctrl->info->selector,
　　　　　　　　　　　　uvc_ctrl_data(ctrl, UVC_CTRL_DATA_CURRENT),
　　　　　　　　　　　　ctrl->info->size);
3. VideoStreaming Interface用于获得视频数据，也可以用来选择fromat/frame(VS可能有多种format, 一个format支持多种frame， frame用来表示分辨率等信息)可以通过类似的函数来访问：
　　　　ret = __uvc_query_ctrl(video->dev /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, 0,
　　　　　　　　video->streaming->intfnum /* 哪一个接口: VS */,
　　　　　　　　probe ? VS_PROBE_CONTROL : VS_COMMIT_CONTROL, data, size,
　　　　　　　　uvc_timeout_param);
4. 我们在设置FORMAT时只是简单的使用video->streaming->format[fmt->index]等数据，
　　　　这些数据哪来的？
　　　　应是设备被枚举时设置的，也就是分析它的描述符时设置的。

5. UVC驱动的重点在于：
　　　描述符的分析
　　　　属性的控制: 通过VideoControl Interface来设置
　　　　格式的选择：通过VideoStreaming Interface来设置
　　　　数据的获得：通过VideoStreaming Interface的URB来获得

　　　　

未完。。。