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V4L出现于Linux内核2.1版本#xff0c;经过修改bug和添加功能#xff0c;Linux内核2.5版本推出了V4L2#xff08…概述

V4LVideo

Linux是Linux内核中关于视频设备的API接口涉及视频设备的音频和视频信息采集及处理、视频设备的控制。

V4L出现于Linux内核2.1版本经过修改bug和添加功能Linux内核2.5版本推出了V4L2Video

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Two子系统功能更多且更稳定。

V4L2的主设备号是81次设备号范围0~255这些次设备号又分为多类设备如视频设备次设备号范围0-63、Radio收音机设备次设备号范围64-127、Teletext设备次设备号范围192-223、VBI设备次设备号范围224-255。

V4L2设备对应的设备节点有/dev/videoX、/dev/vbiX、/dev/radioX。

这里只讨论视频设备视频设备对应的设备节点是/dev/videoX。

视频设备以高频头或Camera为输入源Linux内核驱动该类设备接收相应的视频信息并处理。

字符设备驱动程序核心V4L2本身就是一个字符设备具有字符设备所有的特性暴露接口给用户空间。

V4L2

驱动核心主要是构建一个内核中标准视频设备驱动的框架为视频操作提供统一的接口函数。

平台V4L2设备驱动在V4L2框架下根据平台自身的特性实现与平台相关的V4L2驱动部分包括注册video_device和v4l2_dev。

具体的sensor驱动主要上电、提供工作时钟、视频图像裁剪、流IO开启等实现各种设备控制方法供上层调用并注册v4l2_subdev。

videoX字符设备框架

v4l2编程主要是调用一系列的ioctl函数去对v4l2设备进行打开,

关闭,

而且其驱动的主要工作就是实现各种各样的ioctl.v4l2的整体框架如下图所示

下图中芯片模块对应Soc的各个子模块video_device结构体主要用来控制Soc的video模块v4l2_device会包含多个v4l2_subdev,

每个v4l2_subdev用来控制各自的子模块某些驱动不需要v4l2_subdev依靠video模块就能实现功能。

Host控制器接口连接的摄像头通过USB总线连接的摄像头等。

为了兼容更多的硬件Linux内核抽象了V4L2Video

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Two子系统。

V4L2子系统是Linux内核中关于Video视频设备的API接口是V4LVideo

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Linux子系统的升级版本。

V4L2子系统向上为虚拟文件系统提供了统一的接口应用程序可通过虚拟文件系统访问Video设备。

V4L2子系统向下给Video设备提供接口同时管理所有Video设备。

Video设备又分为主设备和从设备对于Camera来说Camera

Host控制器为主设备负责图像数据的接收和传输从设备为Camera

Sensor一般为I2C接口可通过从设备控制Camera采集图像的行为如图像的大小、图像的FPS等。

主设备可通过v4l2_subdev_call的宏调用从设备提供的方法反过来从设备可以调用主设备的notify方法通知主设备某些事件发生了。

V4L2框架

结构体v4l2_device、video_device、v4l2_subdev和v4l2_fh是搭建框架的主要元素。

从上图可看出V4L2框架是一个标准的树形结构v4l2_device充当了父设备通过链表把所有注册到其下的子设备管理起来这些设备可以GRABBER、VBI或RADIO。

v4l2_device

v4l2_subdev。

用于视频输入设备整体的管理有多少输入设备就有多少个v4l2_device抽象比如一个USB摄像头整体就可以看作是一个

V4L2

v4l2_subdev是子设备v4l2_subdev结构体包含了对设备操作的ops和ctrls这部分代码和硬件相关需要根据硬件实现像摄像头设备需要实现控制上下电、读取ID、饱和度、对比度和视频数据流打开关闭的接口函数。

video_device

video_device用于创建子设备节点把操作设备的接口暴露给用户空间。

v4l2_fh

v4l2_fh是每个子设备的文件句柄在打开设备节点文件设置方便

v4l2_ctrl_handler管理设备的ctrls这些ctrls(摄像头设备)包括调节饱和度、对比度和白平衡等。

V4L2

v4l2驱动代码在drivers\media\v4l2-core文件夹下可根据字面意思来理解基本的功能。

videobuf是实现视频的内存分配对于

v4l

v4l2-dev、v4l2-device、v4l2-subdev分别对应video_device、v4l2_device、v4l2_subdev的实现v4l2-ioctl实现ioctl等等。

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videobuf-vmalloc.cvideo驱动代码在driver/media其中platform如i2c、mmc、usb、tuners、radio等对应subdev的实现。

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另外v4l2驱动框架最主要的是各个ioctl实现的功能这些实现方式需要在实际操作中多加理解不是难点。

v4l2核心源码v4l2-core分类

模块描述核心模块由v4l2-dev.c实现主要作用包括申请字符主设备号、注册class和提供video

device注册注册等相关函数。

V4L2框架由v4l2-device.c、v4l2-subdev.c、v4l2-fh.c、v4l2-ctrls.c、v4l2-async.c、v4l2-fwnode.c、v4l2-i2c.c、v4l2-spi.c等文件实现构建v4l2框架。

videobuf管理由videobuf2-core.c、videobuf2-dma-contig.c、videobuf-dma-sg.c、videobuf2-memops.c、videobuf2-vmalloc.c、v4l2-mem2mem.c等文件实现完成videobuffer的分配、管理和注销。

ioctl框架由v4l2-ioctl.c、v4l2-compat-ioctl32.c