針對DAVINCI DM6446平臺，網(wǎng)絡(luò)上也有很多網(wǎng)友寫了V4L2的驅(qū)動，但只是解析Montavistalinux-2.6.10 V4L2的原理、結(jié)構(gòu)和函數(shù)，深度不夠。本文決定把Montavista 的Linux-2.6.18 V4L2好好分析一下，順便講解在產(chǎn)品中的應(yīng)用，滿足一些客戶提出要求，畢竟V4L2是LINUX一個(gè)很重要的視頻驅(qū)動，適合很多嵌入式芯片平臺。本文首先講解DM6446 DAVINCI視頻處理技術(shù)的硬件工作原理，然后講解DM6446 V4L2采集驅(qū)動和輸出驅(qū)動，然后對TI DVSDK2.0里邊提供的V4L2的例子進(jìn)行詳細(xì)講解，怎樣和驅(qū)動配合起來。 第一節(jié) DAVINCI視頻處理硬件 有關(guān)DM6446 DAVINCI視頻處理技術(shù)，有兩個(gè)文檔：VPFE sprue38ec.pdf和VPBE sprue37c.pdf，必須要看看的。下圖是DAVINCI視頻處理技術(shù)的框圖，VPSS（視頻處理子系統(tǒng)）包含VPFE和VPBE，VPFE負(fù)責(zé)前端視頻采集和處理，而VPBE負(fù)責(zé)后端視頻輸出，通過OSD和VECN直接輸出到DACS（數(shù)字轉(zhuǎn)模擬輸出口，一共4個(gè)通道DAC，通過外圍視頻編碼芯片轉(zhuǎn)換成復(fù)合視頻CVBS輸出到普通電視機(jī)）或者直接輸出到LCD（DM6446支持RGB24位信號輸出到數(shù)字LCD屏，4.3寸，7寸屏等）。 圖-1 DAVINCI VPSS框圖 從圖-1可以看出，VPFE系統(tǒng)可以接CCD或者CMOS sensor，同時(shí)也可以接視頻解碼芯片，目前Montavista Linux-2.6.18驅(qū)動給出的TI EVM驅(qū)動支持MT9T001 CMOS芯片和TVP5146視頻解碼芯片，VPFE采用RAW模式控制MT9T001 CMOS芯片，數(shù)碼相機(jī)產(chǎn)品基本是這種應(yīng)用方式，而VPFE采用BT601或BT656的方式控制TVP5146視頻解碼芯片，很多做安防、機(jī)器視覺等的方案都是這種模式，因?yàn)檫@種方式最普通，視頻前端買個(gè)普通的CCD攝像機(jī)，接條視頻線和電源，就可以用通過類似TVP5146的芯片采集到圖像了，本人也著重介紹這種情況。而圖-1里邊的Resizer（圖像縮放1/4x~4x）、Preview（預(yù)覽器）、H3A（硬件自動白平衡、自動對焦、自動曝光）、Histogram（直方圖）是對采集到的視頻進(jìn)行處理，一般常用到的是Resizer，不需要占用ARM和DSP的資源，對采集到的YUV422數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后才提交給H264等算法進(jìn)行壓縮，這一點(diǎn)可以在dvsdk_2_00_00_22\dvsdk_demos_2_00_00_07\dm6446里邊的例子體現(xiàn)到。 VPBE系統(tǒng)可以對處理后的視頻（VIDEO）數(shù)據(jù)或圖像(IMAGE)進(jìn)行處理和輸出，一般用戶可以通過OSD功能疊加自己的LOGO、字符、時(shí)間、坐標(biāo)、框圖等信息，然后通過VENC模塊輸出到DAC或者LCD接口。 ? DM6446開發(fā)攻略:V4L2視頻驅(qū)動和應(yīng)用分析(2) 2、下面通過分析v4l2_mmap_loopback.c的源碼，從應(yīng)用層的角度討論V4L2的原理： #include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <string.h> #include <getopt.h> #include <stdlib.h> 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 #include <fcntl.h> #include <time.h> /*以上指向你安裝的linux主機(jī)/usr/include*/ #include <linux/fb.h>/*指向Montavista linux-2.6.18\include\linux*/ #include <asm/types.h>/*指向linux-2.6.18\include\asm-arm*/ /* Kernel header file, prefix path comes from makefile */ #include <media/davinci/davinci_vpfe.h>/*指向linux-2.6.18 \include\media\davinci*/ #include <video/davincifb_ioctl.h>/*指向linux-2.6.18 \include\video*/ #include <linux/videodev.h> #include <linux/videodev2.h> #include <media/davinci/davinci_display.h> #include <media/davinci/ccdc_davinci.h> /* LOCAL DEFINES*/ #define CAPTURE_DEVICE "/dev/video0" 文件系統(tǒng)中采集驅(qū)動用到的設(shè)備節(jié)點(diǎn) #define WIDTH_NTSC 720 #define HEIGHT_NTSC 480 視頻NTSC制式 #define WIDTH_PAL 720 #define HEIGHT_PAL 576 視頻PAL支持 #define MIN_BUFFERS 2 采集時(shí)存放YUV視頻數(shù)據(jù)的緩沖數(shù)，做到乒乓BUFFER， #define UYVY_BLACK 0x10801080無圖像的YUV值處理 /* Device parameters */ #define VID0_DEVICE "/dev/video2" 文件系統(tǒng)中DISPLAY輸出設(shè)備節(jié)點(diǎn)（對照內(nèi)核驅(qū)動davinci_display.c） #define VID1_DEVICE "/dev/video3"文件系統(tǒng)中DISPLAY輸出設(shè)備節(jié)點(diǎn) #define OSD0_DEVICE "/dev/fb/0"文件系統(tǒng)中OSD0設(shè)備節(jié)點(diǎn) #define OSD1_DEVICE "/dev/fb/2"文件系統(tǒng)中OSD1設(shè)備節(jié)點(diǎn) /* Function error codes */ #define SUCCESS 0 #define FAILURE -1 /* Bits per pixel for video window */ #define YUV_422_BPP 16 #define BITMAP_BPP_8 8 #define DISPLAY_INTERFACE "COMPOSITE"顯示輸出定義復(fù)合視頻輸出 #define DISPLAY_MODE_PAL "PAL"顯示輸出定義PAL制輸出 #define DISPLAY_MODE_NTSC "NTSC"顯示輸出定義NTSC制輸出 #define round_32(width) ((((width) + 31) / 32) * 32 ) 字節(jié)對齊 /* Standards and output information */ #define ATTRIB_MODE "mode" #define ATTRIB_OUTPUT "output" #define LOOP_COUNT 500 本例子采集多少幀就停止運(yùn)行（PAL制每秒25幀） 介紹完v4l2_mmap_loopback.c的前面部分的定義，我們可以開始熟悉V4L2，這里借用網(wǎng)友的描述，順便加入本人的分析。 Video4linux2（簡稱V4L2),是linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動。在Linux中，視頻設(shè)備是設(shè)備文件，可以像訪問普通文件一樣對其進(jìn)行讀寫，攝像頭在/dev/video0下。 Video4linux2一般操作流程（視頻設(shè)備）： 1. 打開設(shè)備文件。 int fd=open(”/dev/video0″,O_RDWR); 2. 取得設(shè)備的capability，看看設(shè)備具有什么功能，比如是否具有視頻輸入等。VIDIOC_QUERYCAP,struct v4l2_capability 3. 選擇視頻輸入，一個(gè)視頻設(shè)備可以有多個(gè)視頻輸入。VIDIOC_S_INPUT,struct v4l2_input 4. 設(shè)置視頻的制式和幀格式，制式包括PAL，NTSC，幀的格式個(gè)包括寬度和高度等。 VIDIOC_S_STD,VIDIOC_S_FMT,struct v4l2_std_id,struct v4l2_format 5. 向驅(qū)動申請幀緩沖，一般不超過5個(gè)。struct v4l2_requestbuffers 6. 將申請到的幀緩沖映射到用戶空間，這樣就可以直接操作采集到的幀了，而不必去復(fù)制。 7. 將申請到的幀緩沖全部入隊(duì)列，以便存放采集到的數(shù)據(jù).VIDIOC_QBUF,struct v4l2_buffer 8. 開始視頻的采集。VIDIOC_STREAMON 9. 出隊(duì)列以取得已采集數(shù)據(jù)的幀緩沖，取得原始采集數(shù)據(jù)。VIDIOC_DQBUF 10. 將緩沖重新入隊(duì)列尾,這樣可以循環(huán)采集。VIDIOC_QBUF 11. 停止視頻的采集。VIDIOC_STREAMOFF 12. 關(guān)閉視頻設(shè)備。close(fd); 常用的結(jié)構(gòu)體(參見linux-2.6.18_pro500/include/linux/include/linux/videodev2.h)： struct v4l2_requestbuffers reqbufs;//向驅(qū)動申請幀緩沖的請求，里面包含申請的個(gè)數(shù) struct v4l2_capability cap;//這個(gè)設(shè)備的功能，比如是否是視頻輸入設(shè)備 struct v4l2_input input; //視頻輸入 struct v4l2_standard std;//視頻的制式，比如PAL，NTSC struct v4l2_format fmt;//幀的格式，比如寬度，高度等 struct v4l2_buffer buf;//代表驅(qū)動中的一幀 v4l2_std_id stdid;//視頻制式，例如：V4L2_STD_PAL struct v4l2_queryctrl query;//查詢的控制

struct v4l2_control control;//具體控制的值

從main()函數(shù)調(diào)用vpbe_UE_1（），在vpbe_UE_1（）里，可以看到采集流程和顯示輸出流程。

3、V4L2采集過程 initialize_capture（）里初始化采集配置、分配采集內(nèi)存緩沖、啟動開始采集。順序調(diào)用init_capture_device（）+set_data_format（），init_capture_buffers（），start_streaming（）。

打開視頻設(shè)備

在V4L2中，視頻設(shè)備被看做一個(gè)文件。使用open函數(shù)打開這個(gè)設(shè)備：

/用非阻塞模式打開采集設(shè)備，見init_capture_device（）函數(shù)，fdCapture在本例子中定義為全局變量， if ((fdCapture = open(CAPTURE_DEVICE, O_RDWR | O_NONBLOCK, 0)) <= -1) { printf("InitDevice:open::\n"); return -1; } 如果用阻塞模式打開采集設(shè)備，上述代碼變?yōu)?#xff1a; if ((fdCapture = open(CAPTURE_DEVICE, O_RDWR, 0)) <= -1) { printf("InitDevice:open::\n"); return -1; } 關(guān)于阻塞模式和非阻塞模式，應(yīng)用程序能夠使用阻塞模式或非阻塞模式打開視頻設(shè)備，如果使用非阻塞模式調(diào)用視頻設(shè)備，即使尚未捕獲到信息，驅(qū)動依舊會把緩存（DQBUFF）里的東西返回給應(yīng)用程序。 設(shè)定屬性及采集方式 打開視頻設(shè)備后，可以設(shè)置該視頻設(shè)備的屬性，例如裁剪、縮放等。這一步是可選的。在Linux編程中，一般使用ioctl函數(shù)來對設(shè)備的I/O通道進(jìn)行管理： extern int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, …) __THROW; __fd：設(shè)備的ID，例如剛才用open函數(shù)打開視頻通道后返回的fdCapture； __request：具體的命令標(biāo)志符。 在進(jìn)行V4L2開發(fā)中，一般會用到以下的命令標(biāo)志符： 1. VIDIOC_REQBUFS：分配內(nèi)存 2. VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的數(shù)據(jù)緩存轉(zhuǎn)換成物理地址 3. VIDIOC_QUERYCAP：查詢驅(qū)動功能 4. VIDIOC_ENUM_FMT：獲取當(dāng)前驅(qū)動支持的視頻格式 5. VIDIOC_S_FMT：設(shè)置當(dāng)前驅(qū)動的頻捕獲格式 6. VIDIOC_G_FMT：讀取當(dāng)前驅(qū)動的頻捕獲格式 7. VIDIOC_TRY_FMT：驗(yàn)證當(dāng)前驅(qū)動的顯示格式 8. VIDIOC_CROPCAP：查詢驅(qū)動的修剪能力 9. VIDIOC_S_CROP：設(shè)置視頻信號的邊框 10. VIDIOC_G_CROP：讀取視頻信號的邊框 11. VIDIOC_QBUF：把數(shù)據(jù)從緩存中讀取出來 12. VIDIOC_DQBUF：把數(shù)據(jù)放回緩存隊(duì)列 13. VIDIOC_STREAMON：開始視頻顯示函數(shù) 14. VIDIOC_STREAMOFF：結(jié)束視頻顯示函數(shù) 15. VIDIOC_QUERYSTD：檢查當(dāng)前視頻設(shè)備支持的標(biāo)準(zhǔn)，例如PAL或NTSC。 這些IO調(diào)用，有些是必須的，有些是可選擇的。他們可以從在內(nèi)核中davinci_vpfe.c 里static int vpfe_doioctl(struct inode *inode, struct file *file,unsigned int cmd, void *arg)函數(shù)找到對應(yīng)關(guān)系。 檢查當(dāng)前視頻設(shè)備支持的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)置視頻捕獲格式 在set_data_format()函數(shù)里，檢測完視頻設(shè)備支持的標(biāo)準(zhǔn)后，還需要設(shè)定視頻捕獲格式：PAL制還是NTSC制，采集像素格式UYVY，奇偶場交錯方式INTERLACED。 分配內(nèi)存 接下來可以為視頻捕獲分配內(nèi)存： 在init_capture_buffers（）里，使用VIDIOC_REQBUFS，我們獲取了req.count個(gè)緩存，下一步通過調(diào)用VIDIOC_QUERYBUF命令來獲取這些緩存的地址，然后使用mmap函數(shù)轉(zhuǎn)換成應(yīng)用程序中的絕對地址，最后把這段緩存放入緩存隊(duì)列： // 讀取緩存 if (ioctl(fdCapture, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1) { return -1; } buffers[numBufs].length = buf.length; // 轉(zhuǎn)換成相對地址 buffers[nIndex].length = buf.length; buffers[nIndex].start = mmap(NULL, buf.length, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fdCapture, buf.m.offset); 啟動開始采集 // 放入緩存隊(duì)列 if (ioctl(fdCapture, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) { return -1; }} /* all done , get set go */ type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; if (-1 == ioctl(fdCapture, VIDIOC_STREAMON, &type)) // printf("start_streaming:ioctl:VIDIOC_STREAMON:\n"); 關(guān)于視頻采集方式 操作系統(tǒng)一般把系統(tǒng)使用的內(nèi)存劃分成用戶空間和內(nèi)核空間，分別由應(yīng)用程序管理和操作系統(tǒng)管理。應(yīng)用程序可以直接訪問內(nèi)存的地址，而內(nèi)核空間存放的是 供內(nèi)核訪問的代碼和數(shù)據(jù)，用戶不能直接訪問。v4l2捕獲的數(shù)據(jù)，最初是存放在內(nèi)核空間的，這意味著用戶不能直接訪問該段內(nèi)存，必須通過某些手段來轉(zhuǎn)換地址。 一共有三種視頻采集方式：使用read、write方式；內(nèi)存映射方式和用戶指針模式。 read、write方式:在用戶空間和內(nèi)核空間不斷拷貝數(shù)據(jù)，占用了大量用戶內(nèi)存空間，效率不高。 內(nèi)存映射方式：把設(shè)備里的內(nèi)存映射到應(yīng)用程序中的內(nèi)存控件，直接處理設(shè)備內(nèi)存，這是一種有效的方式。上面的mmap函數(shù)就是使用這種方式。 用戶指針模式：內(nèi)存片段由應(yīng)用程序自己分配。這點(diǎn)需要在v4l2_requestbuffers里將memory字段設(shè)置成V4L2_MEMORY_USERPTR。 處理采集數(shù)據(jù) V4L2有一個(gè)數(shù)據(jù)緩存，存放req.count數(shù)量的緩存數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)緩存采用FIFO的方式，當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用緩存數(shù)據(jù)時(shí)，緩存隊(duì)列將最先采集到的 視頻數(shù)據(jù)緩存送出，并重新采集一張視頻數(shù)據(jù)。這個(gè)過程需要用到兩個(gè)ioctl命令,VIDIOC_DQBUF和VIDIOC_QBUF： struct v4l2_buffer buf; memset(&buf,0,sizeof(buf)); buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP; buf.index=0; //讀取緩存 if (ioctl(fdCapture, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1) { return -1; } //…………視頻處理算法 //重新放入緩存隊(duì)列 if (ioctl(fdCapture, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) { return -1; } 關(guān)閉視頻設(shè)備 使用close函數(shù)關(guān)閉一個(gè)視頻設(shè)備 close(fdCapture) 4、V4L2顯示輸出 配置視頻顯示輸出函數(shù)init_vid1_device（），初始化和采集差不多，這里就不用多解析，這個(gè)顯示輸出的例子通過DAC口，把采集的圖像通過LOOPBACK方式，直接輸出到普通電視機(jī)或DVD等視頻IN的端口里，當(dāng)然你的板子要有把DM6446 DAC信號通過視頻放大器才能接到電視機(jī)上。從start_loop()函數(shù)里，下面的代碼 buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; /* determine ready buffer */ if (-1 == ioctl(fdCapture, VIDIOC_DQBUF, &buf)) { if (EAGAIN == errno) continue; printf("StartCameraCaputre:ioctl:VIDIOC_DQBUF\n"); return -1; } /******************* V4L2 display ********************/ displaybuffer = get_display_buffer(fd_vid1); if (NULL == displaybuffer) { printf("Error in getting the display buffer:VID1\n"); return ret; } src = buffers[buf.index].start; dest = displaybuffer; /* Display image onto requested video window */ for(i=0 ; i < dispheight; i++) { memcpy(dest, src, disppitch); src += disppitch; dest += disppitch; } 可以看出LOOPBACK方式的操作memcpy(dest, src, disppitch)，直接把采集的數(shù)據(jù)(720x576x2)字節(jié)放到視頻輸出緩沖dest，disppitch=1440,，就是一行UYVY的自己是1440。 第四節(jié) DVSDK2.0有關(guān)V4L2的例子分析

有上面的介紹，我們可以深入學(xué)習(xí)DM6446 DVSDK2.0有關(guān)V4L2的例子。dvsdk_2_00_00_22\dvsdk_demos_2_00_00_07\dm6446里有encode，decode，encodedecode的例子，這些例子全部是應(yīng)用程序，V4L2的例子函數(shù)為capture.c和display.c，他們不像第三節(jié)介紹的v4l2_mmap_loopback.c直接跟內(nèi)核davinci_vpfe.c接口函數(shù)打交道，而是通過dmai，即dvsdk_2_00_00_22\dmai_1_20_00_06\packages\ti\sdo\dmai\linux目錄下的源代碼，跟內(nèi)核davinci_vpfe.c、vpbe_encoder.c打交道，Montavista把內(nèi)核驅(qū)動和VISA調(diào)用封裝在一起，dvsdk_2_00_00_22\dvsdk_demos_2_00_00_07\dm6446里的例子就是產(chǎn)品級的例子，帶有H264、MPEG4、G711這些算法的應(yīng)用。dvsdk_2_00_00_22\dmai_1_20_00_06\packages\ti\sdo\_dmai\linux里的c文件就是V4L2和內(nèi)核對接的源文件，好好學(xué)習(xí)這些例子，對大家做DAVINCI嵌入式產(chǎn)品非常有好處，本人也是從這些例子里學(xué)到很多LINUX的東西。

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http://blog.csdn.net/woxincd/article/details/6371093

http://www.61ic.com/Article/DaVinci/DM644X/201108/36942.html

http://zjbintsystem.blog.51cto.com/964211/464729

http://61ic.com/code/redirect.php?fid=170&tid=74632&goto=nextoldset

http://blog.csdn.net/wilson0913/article/details/4606565

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的DM6446开发攻略:V4L2视频驱动和应用分析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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