Linux--V4L2视频驱动框架

• Linux--V4L2驱动框架
• • 一、V4L2 框架
  • 二、V4L2驱动主要数据结构
  • 三、V4L2提供的外部接口
  • 四、V4L2驱动框架模板
  • 五、虚拟摄像头驱动
• 参考资料

Linux–V4L2驱动框架

一、V4L2 框架

v4l2驱动框架主要的对象有video_device、v4l2_device、v4l2_subdev、videobuf

• video_device

  一个字符设备，为用户空间提供设备节点(/dev/videox)，提供系统调用的相关操作(open、ioctl…)

• v4l2_device

  嵌入到video_device中，表示一个v4l2设备的实例

• v4l2_subdev

  依附在v4l2_device之下，并表示一个v4l2设备的子设备，一个v4l2_devide下可以有多个sub_device

• videobuf

  v4l2驱动的缓存管理

v4l2_device和v4l2_subdev的关系：

subdev的设计目的是为了多路复用，就是用一个v4l2_device可以挂接多个v4l2_subdev。所谓的多路复用就是使用一个摄像头控制器来控制多个摄像头。比如手机上有前置和后置摄像头。

在V4L2驱动中，使用v4l2_device来表示摄像头控制器（ISP）。使用v4l2_subdev来表示具体的某一个摄像头（Sensor）。

对于手机而言 ，一般都有两个摄像头，一个前置摄像头，一个后置摄像头，其接发下图所示

在V4L2驱动中，使用v4l2_device来表示摄像头控制器

使用v4l2_subdev来表示具体的某一个摄像头的I2C控制模块，进而通过其控制摄像头

v4l2_device里有一个v4l2_subdev链表，可以选择v4l2_device去控制哪一个v4l2_subdev

v4l2框架图如下：

二、V4L2驱动主要数据结构

V4l2驱动的代码在drivers\media\v4l2-core文件夹下

1. videobufxx_xxx.c系列文件是用于实现视频的内存分配，videobuf2_xxx系列文件是对应v4l2，而videobuf_xxx系列文件是对应于v4l(video for linux version1)。
2. v4l2-dev.c对应于video_device的实现。
3. v4l2-device.c对应 v4l2_device的实现。
4. v4l2-ioctl.c对应 ioctl的实现。
5. v4l2-subdev.c对应 42vl_subdev的实现等等。

• struct video_device
• video_device是个字符设备，保存管理V4l2_device设备数据。 包含底层驱动结构体v4l2_device以及为上层提供的接口cdev。
• 应用层通过/dev/videoX的文件操作会调用video_device的v4l2_file_operations结构体中指向的函数。
• V4L2的ioctl很复杂，应用层调用ioctl会调用到v4l2_ioctl_ops结构体中指向的函数。

• struct v4l2_device
  • 代表一个v4l2设备，保存设备实例的数据
  • v4l2_device中有一个链表 ，挂载着v4l2_subdev，用于管理v4l2_subdev

• struct v4l2_subdev
• sub-devices子设备，代表实实在在的camera等传感器设备。驱动需要与子设备进行通信，这些子系统一般情况下就是音频处理，编解码器等，camera常见的子设备有传感器和摄像头控制器，为了方便代码管理，内核v4l2提供了一个统一的接口给这些子设备，即v4l2_sbudev结构体。
• v4l2_subdev内有一个链表节点，可以链接至 v4l2_device。
• v4l2_subdev有v4l2_device指针，表示属于哪个v4l2_device。
• v4l2_subdev_ops为v4l2_subdev的具体功能实现。

三、V4L2提供的外部接口

• struct video_device (在v4l2-dev.h文件中)

static inline int __must_check video_register_device(struct video_device *vdev,
						     enum vfl_devnode_type type,
						     int nr)
    
void video_unregister_device(struct video_device *vdev);
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• **struct v4l2_device ** (在v4l2-device.h中)

int __must_check v4l2_device_register(struct device *dev,
				      struct v4l2_device *v4l2_dev);


void v4l2_device_unregister(struct v4l2_device *v4l2_dev);
 class="hljs-button signin active" data-title="登录复制" data-report-click="{"spm":"1001.2101.3001.4334"}">
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• struct v4l2_subdev (在v4l2-device.h中)

int __must_check v4l2_device_register_subdev(struct v4l2_device *v4l2_dev,
					     struct v4l2_subdev *sd);

void v4l2_device_unregister_subdev(struct v4l2_subdev *sd);
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四、V4L2驱动框架模板

步骤：

• 分配设置video_device结构体，包括.fops以及.ioctl_ops
• 初始化v4l2_device结构体（代表一个v4l2设备）
• 注册video_device结构体（video_device是内核对v4l2_device的官方封装，用于管理v4l2_device数据），向上层用户提供访问接口

#include <...>

static struct video_device* video_dev;
static struct v4l2_device v4l2_dev;

/* 实现各种系统调用 */
static const struct v4l2_file_operations video_dev_fops = {
	.owner		    = THIS_MODULE,
	.release        = vdev_close,
	.read           = vdev_read,
	.poll		    = vdev_poll,
	.ioctl          = video_ioctl2,
	.mmap           = vdev_mmap,
};

/* 实现各种系统调用 */
static const struct v4l2_ioctl_ops video_dev_ioctl_ops = {
	.vidioc_querycap      = vidioc_querycap,
	.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,
	.vidioc_reqbufs       = vidioc_reqbufs,
	.vidioc_querybuf      = vidioc_querybuf,
	.vidioc_qbuf          = vidioc_qbuf,
	.vidioc_dqbuf         = vidioc_dqbuf,
	.vidioc_enum_input    = vidioc_enum_input,
	.vidioc_g_input       = vidioc_g_input,
	.vidioc_s_input       = vidioc_s_input,
	.vidioc_streamon      = vidioc_streamon,
	.vidioc_streamoff     = vidioc_streamoff,
};

static int __init video_init(void)
{
    /* 分配并设置一个video_device */
    video_dev = video_device_alloc();
    video_dev->fops = &video_dev_fops;
    video_dev->ioctl_ops = &video_dev_ioctl_ops;
    video_dev->release = video_device_release;
    video_dev->tvnorms = V4L2_STD_525_60;
    video_dev->current_norm = V4L2_STD_NTSC_M;

    /* 注册一个v4l2_device */
    v4l2_device_register(video_dev->dev, &v4l2_dev);    
    video_dev->v4l2_dev = &v4l2_dev;

    /* 注册一个video_device字符设备 */
    video_register_device(video_dev, VFL_TYPE_GRABBER, -1);

    return 0;
}

static void __exit video_exit(void)
{
    video_unregister_device(video_dev);
    v4l2_device_unregister(&v4l2_dev);
    video_device_release(video_dev);
}


module_init(video_init);
module_exit(video_exit);
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五、虚拟摄像头驱动

驱动位于drivers\media\platform\vivid文件夹下

【转载】Linux摄像头驱动1——vivid_linux 摄像头驱动_seiyaaa的博客-CSDN博客

参考资料

摄像头驱动——V4L2框架分析 - 朱果果 - 博客园 (cnblogs.com)

Linux V4l2驱动 – 框架概述 - 忆云竹 (eyunzhu.com)

深入学习Linux摄像头（二）v4l2驱动框架_v4l2_subdev_ops_JT同学的博客-CSDN博客