基于Linux 3.0.8 Samsung FIMC（S5PV210） 的摄像头驱动框架解读（一）

作者：咕唧咕唧liukun321

来自：http://blog.csdn.net/liukun321

FIMC这个名字应该是从S5PC1x0開始出现的。在s5pv210里面的定义是摄像头接口。可是它相同具有图像数据颜色空间转换的作用。

而exynos4412对它的定义看起来更清楚些，摄像头接口被定义为FIMC-LITE 。颜色空间转换的硬件结构被定义为FIMC-IS。

不多说了，我们先来看看Linux3.0.8 三星的BSP包中与fimc驱动相关的文件。

上面的源代码文件组成了整个fimc的驱动框架。

通过.c文件的命名也大致能够推測到FIMC的几个用途：

1、Capture ，Camera Interface 用于控制Camera，及m2m操作

2、Output，这个用途能够简单看成：仅仅使用了FIMC的m2m功能。这里fimc实际上就成了一个带有颜色空间转换功能的快速DMA。

3、Overlay，比方Android 的Overlay就依赖了FIMC的这个功能，能够简单把它看作是个m2fb，当然实质上还是m2m。

清楚FIMC的大致用途了。再来说说。每一个C文件在FIMC驱动框架中扮演了何种角色：

csis.c文件，用于MIPI 接口的摄像头设备，这里不多说什么了。

fimc_dev.c 是驱动中对FIMC硬件设备最高层的抽象，这在后面会具体介绍。

fimc_v4l2.c  linux驱动中 。将fimc 设备的功能操作接口（Capture，output，Overlay）。用v4l2框架封装。在应用层用过摄像头设备，或在应用层使用FMIC设备完毕过m2m操作的朋友应该都清楚，fimc经层层封装后终于暴露给用户空间的是v4l2 标准接口的设备文件 videoX。 这里面也引出了一个我们应该关注的问题：Fimc设备在软件层上是怎样同摄像头设备关联的。

fimc_capture.c  实现对camera Interface 的控制操作。它实现的基础依赖硬件相关的摄像头驱动（eg.ov965X.c  / ov5642.c 等）。

而且提供以下函数接口，由fimc_v4l2.c文件进一步封装

int fimc_g_parm(struct file *file, void*fh, struct v4l2_streamparm *a)

int fimc_s_parm(struct file *file, void*fh, struct v4l2_streamparm *a)

intfimc_queryctrl(struct file *file, void *fh, struct v4l2_queryctrl *qc)

intfimc_querymenu(struct file *file, void *fh, struct v4l2_querymenu *qm)

intfimc_enum_input(struct file *file, void *fh, struct v4l2_input *inp)

intfimc_g_input(struct file *file, void *fh, unsigned int *i)

intfimc_release_subdev(struct fimc_control *ctrl)

intfimc_s_input(struct file *file, void *fh, unsigned int i)

intfimc_enum_fmt_vid_capture(struct file *file, void *fh,struct v4l2_fmtdesc *f)

intfimc_g_fmt_vid_capture(struct file *file, void *fh, struct v4l2_format *f)

intfimc_s_fmt_vid_capture(struct file *file, void *fh, struct v4l2_format *f)

intfimc_try_fmt_vid_capture(struct file *file, void *fh, struct v4l2_format *f)

intfimc_reqbufs_capture(void *fh, struct v4l2_requestbuffers *b)

intfimc_querybuf_capture(void *fh, struct v4l2_buffer *b)

intfimc_g_ctrl_capture(void *fh, struct v4l2_control *c)

intfimc_s_ctrl_capture(void *fh, struct v4l2_control *c)

intfimc_s_ext_ctrls_capture(void *fh, struct v4l2_ext_controls *c)

intfimc_cropcap_capture(void *fh, struct v4l2_cropcap *a)

intfimc_g_crop_capture(void *fh, struct v4l2_crop *a)

intfimc_s_crop_capture(void *fh, struct v4l2_crop *a)

intfimc_start_capture(struct fimc_control *ctrl)

intfimc_stop_capture(struct fimc_control *ctrl)

intfimc_streamon_capture(void *fh)

intfimc_streamoff_capture(void *fh)

intfimc_qbuf_capture(void *fh, struct v4l2_buffer *b)

intfimc_dqbuf_capture(void *fh, struct v4l2_buffer *b)

fimc_output.c  实现fimc m2m操作，须要用FIMC实现硬件颜色空间转换的时候，这个文件中的函数就派上作用了，另外在fimc 用于Capture 和 overlay 过程本质上也包括m2m操作。因此除了提供功能函数接口，由fimc_v4l2.c文件进一步封装。另外还提供了一些功能函数供fimc_dev.c调用。比方用于设置一个m2m过程的srcAddr（源地址） 和 dstAddr（目的地址）。

这部分接口太多就不贴出来了。

fimc_overlay.c  实现fimc overlay操作。

相同提供函数接口。由fimc_v4l2.c文件进一步封装。

 

fimc_regs.c  Fimc硬件相关操作，基本寄存器配置等。这个文件提供函数接口供fimc_capture.c、fimc_output.c、fimc_overlay.c调用。

通过刚才的分析。能够总结出以下的源代码结构图：

好了，框架有了。再来看源代码就轻松多了

接下来，先来看看FIMC设备的注冊过程。

以FIMC-0为例。说说/dev/video0 这个设备文件是怎么出来的。

先看几个关键结构：

首先是 s3c_platform_fimcfimc_plat_lsi；也就是抽象fimc模块的数据结构，fimc_plat_lsi还包括了一个.camera成员。该结构初始化例如以下

static struct s3c_platform_fimc  fimc_plat_lsi = {
	.srclk_name	= "mout_mpll",
	.clk_name	= "sclk_fimc",
	.lclk_name	= "fimc",
	.clk_rate	= 166750000,
#if defined(CONFIG_VIDEO_S5K4EA)
	.default_cam	= CAMERA_CSI_C,
#else
#ifdef CAM_ITU_CH_A
	.default_cam	= CAMERA_PAR_A,
#else
	.default_cam	= CAMERA_PAR_B,
#endif
#endif
	.camera		= {
#ifdef CONFIG_VIDEO_S5K4ECGX
			&s5k4ecgx,
#endif
#ifdef CONFIG_VIDEO_S5KA3DFX
			&s5ka3dfx,
#endif
#ifdef CONFIG_VIDEO_S5K4BA
			&s5k4ba,
#endif
#ifdef CONFIG_VIDEO_S5K4EA
			&s5k4ea,
#endif
#ifdef CONFIG_VIDEO_TVP5150
			&tvp5150,
#endif
#ifdef CONFIG_VIDEO_OV9650
			&ov9650,
#endif
	},
	.hw_ver		= 0x43,
};

能够看到在s3c_platform_fimc中有一个camera成员。

这里重点看一下ov9650.展开ov9650

static struct s3c_platform_camera ov9650 = {
	#ifdef CAM_ITU_CH_A
	.id		= CAMERA_PAR_A,
	#else
	.id		= CAMERA_PAR_B,
	#endif
	.type		= CAM_TYPE_ITU,
	.fmt		= ITU_601_YCBCR422_8BIT,
	.order422	= CAM_ORDER422_8BIT_YCBYCR,
	.i2c_busnum	= 0,
	.info		= &ov9650_i2c_info,
	.pixelformat	= V4L2_PIX_FMT_YUYV,
	.srclk_name	= "mout_mpll",
	/* .srclk_name	= "xusbxti", */
	.clk_name	= "sclk_cam1",
	.clk_rate	= 40000000,
	.line_length	= 1920,
	.width		= 1280,
	.height		= 1024,
	.window		= {
		.left	= 0,
		.top	= 0,
		.width	= 1280,
		.height	= 1024,
	},

	/* Polarity */
	.inv_pclk	= 1,
	.inv_vsync	= 1,
	.inv_href	= 0,
	.inv_hsync	= 0,

	.initialized	= 0,
	.cam_power	= ov9650_power_en,
};

这个结构体。实现了对ov9650摄像头硬件结构的抽象。定义了摄像头的关键參数和基本特性。

由于fimc设备在linux3.0.8内核中作为一个平台设备载入。而上面提到的s3c_platform_fimcfimc_plat_lsi仅是fimc的抽象数据而非设备。

这就须要将抽象fimc的结构体作为fimc  platform_device 的一个私有数据。

所以就有了以下的过程。s3c_platform_fimcfimc_plat_lsi 结构在板级设备初始化XXX_machine_init(void) 过程作为s3c_fimc0_set_platdata 的实參传入。

之后fimc_plat_lsi就成为了fimc设备的platform_data。

s3c_fimc0_set_platdata(&fimc_plat_lsi);
s3c_fimc1_set_platdata(&fimc_plat_lsi);
s3c_fimc2_set_platdata(&fimc_plat_lsi);

以s3c_fimc0_set_platdata为例展开

void __init s3c_fimc0_set_platdata(struct s3c_platform_fimc *pd)
{
	struct s3c_platform_fimc *npd;

	if (!pd)
		pd = &default_fimc0_data;

	npd = kmemdup(pd, sizeof(struct s3c_platform_fimc), GFP_KERNEL);
	if (!npd)
		printk(KERN_ERR "%s: no memory for platform data\n", __func__);
	else {
		if (!npd->cfg_gpio)
			npd->cfg_gpio = s3c_fimc0_cfg_gpio;

		if (!npd->clk_on)
			npd->clk_on = s3c_fimc_clk_on;

		if (!npd->clk_off)
			npd->clk_off = s3c_fimc_clk_off;

		npd->hw_ver = 0x45;

		/* starting physical address of memory region */
		npd->pmem_start = s5p_get_media_memory_bank(S5P_MDEV_FIMC0, 1);
		/* size of memory region */
		npd->pmem_size = s5p_get_media_memsize_bank(S5P_MDEV_FIMC0, 1);

		s3c_device_fimc0.dev.platform_data = npd;
	}
}

最后一句是关键 s3c_device_fimc0.dev.platform_data = npd;

看一下s3c_device_fimc0定义：

struct platform_device s3c_device_fimc0 = {
	.name		= "s3c-fimc",
	.id		= 0,
	.num_resources	= ARRAY_SIZE(s3c_fimc0_resource),
	.resource	= s3c_fimc0_resource,
};

fimc的抽象数据。则作为它的私有数据被包括进了s3c_device_fimc0这个结构中。到这里才完毕了FIMC平台设备的终于定义。这个平台设备的定义s3c_device_fimc0又被加入到了整个硬件平台的 platform_device 列表中，终于在XXX_machine_init(void) 函数中调用platform_add_devices(mini210_devices, ARRAY_SIZE(mini210_devices));  完毕全部platform_device 的注冊：

static struct platform_device *mini210_devices[] __initdata = {
	&s3c_device_adc,
	&s3c_device_cfcon,
	&s3c_device_nand,
	。。。

&s3c_device_fb,
	&mini210_lcd_dev,
#ifdef CONFIG_VIDEO_FIMC
	&s3c_device_fimc0,
	&s3c_device_fimc1,
	&s3c_device_fimc2,
}

platform_add_devices(mini210_devices, ARRAY_SIZE(mini210_devices));

platform_device 被载入后，等待与之匹配的platform_driver。

若此时fimc driver 的驱动模块被载入。

这个时候，fimc_dev.c文件中的static int __devinit fimc_probe(structplatform_device *pdev) 函数上场了。

static int __devinit fimc_probe(struct platform_device *pdev)
{
	struct s3c_platform_fimc *pdata;
	struct fimc_control *ctrl;
	struct clk *srclk;
	int ret;
	if (!fimc_dev) {
		fimc_dev = kzalloc(sizeof(*fimc_dev), GFP_KERNEL);
		if (!fimc_dev) {
			dev_err(&pdev->dev, "%s: not enough memory\n",
				__func__);
			return -ENOMEM;
		}
	}

	ctrl = fimc_register_controller(pdev);
	if (!ctrl) {
		printk(KERN_ERR "%s: cannot register fimc\n", __func__);
		goto err_alloc;
	}

	pdata = to_fimc_plat(&pdev->dev);
	if (pdata->cfg_gpio)
		pdata->cfg_gpio(pdev);

#ifdef REGULATOR_FIMC
	/* Get fimc power domain regulator */
	ctrl->regulator = regulator_get(&pdev->dev, "pd");
	if (IS_ERR(ctrl->regulator)) {
		fimc_err("%s: failed to get resource %s\n",
				__func__, "s3c-fimc");
		return PTR_ERR(ctrl->regulator);
	}
#endif //REGULATOR_FIMC
	/* fimc source clock */
	srclk = clk_get(&pdev->dev, pdata->srclk_name);
	if (IS_ERR(srclk)) {
		fimc_err("%s: failed to get source clock of fimc\n",
				__func__);
		goto err_v4l2;
	}

	/* fimc clock */
	ctrl->clk = clk_get(&pdev->dev, pdata->clk_name);
	if (IS_ERR(ctrl->clk)) {
		fimc_err("%s: failed to get fimc clock source\n",
			__func__);
		goto err_v4l2;
	}

	/* set parent for mclk */
	clk_set_parent(ctrl->clk, srclk);

	/* set rate for mclk */
	clk_set_rate(ctrl->clk, pdata->clk_rate);

	/* V4L2 device-subdev registration */
	ret = v4l2_device_register(&pdev->dev, &ctrl->v4l2_dev);
	if (ret) {
		fimc_err("%s: v4l2 device register failed\n", __func__);
		goto err_fimc;
	}

	/* things to initialize once */
	if (!fimc_dev->initialized) {
		ret = fimc_init_global(pdev);
		if (ret)
			goto err_v4l2;
	}

	/* video device register */
	ret = video_register_device(ctrl->vd, VFL_TYPE_GRABBER, ctrl->id);
	if (ret) {
		fimc_err("%s: cannot register video driver\n", __func__);
		goto err_v4l2;
	}

	video_set_drvdata(ctrl->vd, ctrl);

	ret = device_create_file(&(pdev->dev), &dev_attr_log_level);
	if (ret < 0) {
		fimc_err("failed to add sysfs entries\n");
		goto err_global;
	}
	printk(KERN_INFO "FIMC%d registered successfully\n", ctrl->id);

	return 0;

err_global:
	video_unregister_device(ctrl->vd);

err_v4l2:
	v4l2_device_unregister(&ctrl->v4l2_dev);

err_fimc:
	fimc_unregister_controller(pdev);

err_alloc:
	kfree(fimc_dev);
	return -EINVAL;

}

在fimc_probe函数中有这么一段

if(!fimc_dev->initialized) {
                   ret = fimc_init_global(pdev);
                   if (ret)
                            goto err_v4l2;
         }

这段代码运行过程：首先推断fimc是否已经被初始化完毕（此时FIMC是忙状态的），假设没有被初始化，则运行fimc_init_global(pdev);函数，它的作用是先推断平台数据中是否初始化了摄像头结构（即前面提到的.camera成员），从平台数据中获得摄像头的时钟频率并将平台数据中内嵌的s3c_platform_camera结构数据保存到该驱动模块全局的fimc_dev中，感兴趣的朋友能够展开这个函数看一下，这里就不再贴出来了。

紧接着这段代码还运行了两个很关键的过程：

ret= v4l2_device_register(&pdev->dev, &ctrl->v4l2_dev);
         if (ret) {
                   fimc_err("%s: v4l2device register failed\n", __func__);
                   goto err_fimc;
         }

这个函数里的核心完毕了对v4l2_dev->subdev链表头的初始化，并将ctrl->v4l2_dev关联到pdev->dev结构的私有数据的driver_data成员中（即完毕了pdev->dev->p->driver_data= ctrl->v4l2_dev; ）。也就是实现了v4l2_dev向内核结构注冊的过程。

ret= video_register_device(ctrl->vd, VFL_TYPE_GRABBER, ctrl->id);
         if (ret) {
                   fimc_err("%s: cannotregister video driver\n", __func__);
                   goto err_v4l2;
         }

         video_set_drvdata(ctrl->vd, ctrl);

         ret = device_create_file(&(pdev->dev),&dev_attr_log_level);

上面的过程完毕了对video_device 设备的注冊。而且在sys 文件夹下生成了相应的属性文件。

假设系统中移植有mdev，将会生成相应设备节点/dev/videoX。

事实上到眼下为止。仅仅完毕了fimc设备主要数据结构的初始化和注冊，差点儿没有操作fimc或摄像头的硬件寄存器。也没有完毕FIMC驱动和摄像头的驱动模块的软件关联。

我们是怎样做到仅操作fimc的设备节点/dev/videoX就能控制摄像头设备的效果呢？下回分解吧。。

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