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V4L2框架分析

發(fā)布時間：2023/11/30 编程问答 30 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 V4L2框架分析小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

? ? ? ?V4L2是Video for linux2的簡稱,為linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動。v4L2是針對uvc（USB Video Class）免驅(qū)usb設(shè)備的編程框架，主要用于采集usb攝像頭等。

? ? ? 下圖是V4L2的框架，首先系統(tǒng)核心層分配設(shè)置注冊一個名為cdev結(jié)構(gòu)體變量（cdev結(jié)構(gòu)體是video_device結(jié)構(gòu)體里的一部分），并設(shè)置cdev->ops = v4l2_fops；在硬件層我們分配設(shè)置注冊了一個名為vfd結(jié)構(gòu)體變量（video_device結(jié)構(gòu)體），并設(shè)置vfd->fops = &vivi_fops，vfd->ioctl_ops ?= &vivi_ioctl_ops；當(dāng)應(yīng)用程序（APP）調(diào)用read、open等函數(shù)時，會調(diào)用到v4l2_fops里的read、open函數(shù)，然后v4l2_fops里的read、open函數(shù)會再調(diào)用到硬件層相關(guān)的vfd->fops里的read、open函數(shù)。ioctl函數(shù)也類似。

? ? ? ? 下面我們從程序入手來分析V4L2的框架，本文借助Linux內(nèi)核目錄下的drivers\medio\video里的虛擬視頻驅(qū)動程序vivi.c(這段代碼使用v4l2 api模擬真實的視頻設(shè)備)來分析V4L2的框架。它的總體框架如下所示：

vivi_initvivi_create_instancev4l2_device_register // 不是主要, 只是用于初始化一些東西，比如自旋鎖、引用計數(shù)video_device_alloc// 設(shè)置1. vfd:.fops = &vivi_fops,.ioctl_ops = &vivi_ioctl_ops,.release = video_device_release,2.vfd->v4l2_dev = &dev->v4l2_dev;3. 設(shè)置"ctrl屬性"(用于APP的ioctl)：v4l2_ctrl_handler_init(hdl, 11);dev->volume = v4l2_ctrl_new_std(hdl, &vivi_ctrl_ops,V4L2_CID_AUDIO_VOLUME, 0, 255, 1, 200);dev->brightness = v4l2_ctrl_new_std(hdl, &vivi_ctrl_ops,V4L2_CID_BRIGHTNESS, 0, 255, 1, 127);dev->contrast = v4l2_ctrl_new_std(hdl, &vivi_ctrl_ops,V4L2_CID_CONTRAST, 0, 255, 1, 16); video_register_device(video_device, type:VFL_TYPE_GRABBER, nr)__video_register_devicevdev->cdev = cdev_alloc();vdev->cdev->ops = &v4l2_fops;cdev_addvideo_device[vdev->minor] = vdev;if (vdev->ctrl_handler == NULL)vdev->ctrl_handler = vdev->v4l2_dev->ctrl_handler;

①我們從vivi.c里的vivi_init函數(shù)入手發(fā)現(xiàn)它調(diào)用了v4l2_device_register，該函數(shù)用于初始化一些東西，比如自旋鎖、引用計數(shù)，這個并不是必需的；②調(diào)用了video_device_alloc分配video_device結(jié)構(gòu)體并對其進行相應(yīng)的設(shè)置，例如

.fops? ? ? ? ? ? ?= &vivi_fops,
.ioctl_ops ?? ?= &vivi_ioctl_ops,
.release? ? ? ?= video_device_release,

等設(shè)置，然后video_register_device注冊該結(jié)構(gòu)體；

③video_register_device函數(shù)調(diào)用了__video_register_device實現(xiàn)了如下操作：

vdev->cdev = cdev_alloc();
vdev->cdev->ops = &v4l2_fops;
cdev_add
? ? ? ? ? ? ? ??
video_device[vdev->minor] = vdev;

if (vdev->ctrl_handler == NULL)
? ? vdev->ctrl_handler = vdev->v4l2_dev->ctrl_handler;

上圖是vivi_create_instance函數(shù)的一部分，首先分配一個video_device結(jié)構(gòu)體的變量vfd，然后設(shè)置*vfd = vivi_template;其中vivi_template是一個video_device的結(jié)構(gòu)體變量，它本身設(shè)置好了一些如.fops之類信息（如下圖），此操作便相當(dāng)于設(shè)置

?1. vfd:

.fops? ? ? ? ? ? ?= &vivi_fops,
.ioctl_ops ?? ?= &vivi_ioctl_ops,
.release? ? ? ?= video_device_release,

static struct video_device vivi_template = {.name = "vivi",.fops = &vivi_fops,.ioctl_ops = &vivi_ioctl_ops,.release = video_device_release,.tvnorms = V4L2_STD_525_60,.current_norm = V4L2_STD_NTSC_M, };

然后進入video_register_device函數(shù)，下面是video_register_device里的一部分源碼，首先分配一個cdev結(jié)構(gòu)體

然后設(shè)置cdev->ops = &v4l2_fops;v4l2_fops本身指向了一些函數(shù)（如下圖），這樣cdev便也指向了這些函數(shù)，當(dāng)APP調(diào)用read函數(shù)時，便會調(diào)用cdev里面的read函數(shù)

static const struct file_operations v4l2_fops = {.owner = THIS_MODULE,.read = v4l2_read,.write = v4l2_write,.open = v4l2_open,.get_unmapped_area = v4l2_get_unmapped_area,.mmap = v4l2_mmap,.unlocked_ioctl = v4l2_ioctl, #ifdef CONFIG_COMPAT.compat_ioctl = v4l2_compat_ioctl32, #endif.release = v4l2_release,.poll = v4l2_poll,.llseek = no_llseek, };

cdev里面的read函數(shù)如下圖，首先根據(jù)filp獲取到video_device結(jié)構(gòu)體，然后判斷該video_device結(jié)構(gòu)體里的read函數(shù)是否存在，若存在則調(diào)用它，所以最后便調(diào)用到了前面我們設(shè)置的vfd.fops里的read函數(shù)。

相比open、read函數(shù)，ioctl的調(diào)用過程更復(fù)雜一些，下面我們來看一下（我們以VIDIOC_QUERYCAP為例）。下圖是v4l2_fops里的.unlocked_ioctl指向的v4l2_ioctl函數(shù)。

它調(diào)用了前面vivi_template的fops里面的ioctl。

vivi_template的fops里面的ioctl里調(diào)用到下圖的__video_do_ioctl函數(shù)，該函數(shù)最終調(diào)用到vfd里的ioctl_ops成員里面的函數(shù)，即vivi_ioctl_ops里的函數(shù)

比如調(diào)用的是?VIDIOC_QUERYCAP，則最終會調(diào)用到下面的函數(shù)。

/* ------------------------------------------------------------------IOCTL vidioc handling------------------------------------------------------------------*/ static int vidioc_querycap(struct file *file, void *priv,struct v4l2_capability *cap) {struct vivi_dev *dev = video_drvdata(file);strcpy(cap->driver, "vivi");strcpy(cap->card, "vivi");strlcpy(cap->bus_info, dev->v4l2_dev.name, sizeof(cap->bus_info));cap->version = VIVI_VERSION;cap->capabilities = V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE | V4L2_CAP_STREAMING | \V4L2_CAP_READWRITE;return 0; }

總結(jié)：ioctl的調(diào)用比open、read多了一層，當(dāng)APP調(diào)用ioctl函數(shù)時，便會調(diào)用cdev里面的ioctl函數(shù)，然后調(diào)用到了前面我們設(shè)置的vfd.fops里的ioctl函數(shù)，即和read、open函數(shù)同一結(jié)構(gòu)體里的v4l2_ioctl，然后最終再去調(diào)用到和??

.fops ? ? ? ? ? = &vivi_fops,同一結(jié)構(gòu)體里的
.ioctl_ops ?? ?= &vivi_ioctl_ops,里對應(yīng)的函數(shù)。

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https://blog.csdn.net/qingkongyeyue/article/details/53447331

https://blog.csdn.net/qingkongyeyue/article/details/52372960

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的V4L2框架分析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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