Linux--V4L2摄像头驱动框架及UVC浅析

 一、前言

对于一个usb摄像头，它的内核驱动源码位于/drivers/media/usb/uvc/

核心层：V4L2_dev.c文件

硬件相关层： uvc_driver.c文件

本篇记录基于对6.8.8.8内核下vivid-core.c文件（虚拟视频驱动程序）的分析，梳理Linux系统中vedio视频设备的驱动框架。

二、源码分析

1、入口函数

module_init(vivid_init);
 
vivid_init
	//注册vivid设备和驱动
	platform_device_register(&vivid_pdev);
	platform_driver_register(&vivid_pdrv);

通过入口函数将平台设备和平台驱动结构体注册到内核中，关于具体的设备和驱动注册先关内容可以看Linux--平台设备、平台驱动的注册源码分析-CSDN博客这篇。

在代码中，vivid_pdrv 平台驱动没有 of_match_table 字段，因为该驱动程序不依赖设备树进行匹配和初始化。如果是真实的硬件驱动程序需要支持设备树匹配，则需要定义 of_match_table 字段，并提供一个设备树兼容字符串数组，也就是compatible属性值。

2、probe（）函数

在vivid_init()里分别注册了vivid_pdev和vivid_pdrv，注册后，当他们匹配时，内核会自动则会调用该驱动程序probe()初始化该设备。在probe()里面主要进行初始化、注册等相关流程。

vivid_probe
   1） vivid_create_instance			/* 创建实例 */
    	dev = kzalloc(sizeof(*vivid_dev), GFP_KERNEL);/* 分配video_devicede */
    	v4l2_device_register		/* 初始化v4l2_device */
    	
    2）    static int vivid_create_devnodes(struct platform_device *pdev,
				 struct vivid_dev *dev, int inst,
				 unsigned int cec_tx_bus_cnt,
				 v4l2_std_id tvnorms_cap,
				 v4l2_std_id tvnorms_out,
				 unsigned in_type_counter[4],
				 unsigned out_type_counter[4])
{
      	/* 设置video_device */
    	1.vfd->fops = &vivid_fops;       /*也就是在probe里的这一步实现设备操作和驱动操作的绑定*/
		  vfd->ioctl_ops = &vivid_ioctl_ops;
		  vfd->release = video_device_release_empty;
		2.vfd->v4l2_dev = &dev->v4l2_dev;
		3.设置"ctrl属性"(用于APP的ioctl)
		   	v4l2_ctrl_handler_setup(&dev->ctrl_hdl_vid_cap);
			v4l2_ctrl_handler_setup(&dev->ctrl_hdl_vid_out);
			...
   
         /*注册vedio_device*/   /*分配主次设备号*/
    	video_register_device（video_device, type:VFL_TYPE_GRABBER, nr）
            __video_register_device
            	vdev->cdev = cdev_alloc();
				vdev->cdev->ops = &v4l2_fops;
				video_devices[vdev->minor] = vdev;//将video_device放入全局数组中
				ret = cdev_add(vdev->cdev, MKDEV(VIDEO_MAJOR, vdev->minor), 1);
				if (vdev->ctrl_handler == NULL)
				vdev->ctrl_handler = vdev->v4l2_dev->ctrl_handler;
 

关键点：

1、分配video_device结构体内存          video_device_alloc()或kzalloc()；

2、设置video_device       .fops、.ioctl_ops、dev；、

也就是在probe里的这一步实现设备操作和驱动操作的绑定

3、注册video_device结构体      video_register_device()；

3、操作函数（open、read、wirite等）

1、open

app:     open("/dev/video0",....)
 
---------------------------------------------------
drv:     v4l2_fops.v4l2_open
            vdev = video_devdata(filp);  // 根据次设备号从数组中得到video_device
            ret = vdev->fops->open(filp);
                        vivi_ioctl_ops.open
                           v4l2_fh_open

当应用层发生系统调用时，会先调用到v4l2_fops中的v4l2_open，v4l2_open会找到对应设备video_device的file opr中的open，而设备中的open是在驱动注册后调用probe函数与驱动函数定义的open绑定的，这样就实现了video设备用户空间open调用驱动open的过程。

2、ioctl

app:    read ....
		
-----------------------------------------------
 
drv:    v4l2_fops.v4l2_read
            struct video_device *vdev = video_devdata(filp);
            ret = vdev->fops->read(filp, buf, sz, off);

核心层v4l2_ctrl_handler会找到video_device的fops 。过程如下(在上文中通过v4l2_ctrl_handler_setup设置了某些属性的ioctl处理函数)

 __video_do_ioctl
	struct video_device *vfd = video_devdata(file);
		v4l2_is_known_ioctl(cmd)
        info = &v4l2_ioctls[_IOC_NR(cmd)]; 		/* v4l2_ioctls数组存有全部IOCTL_INFO，含有													ioctl函数指针 */
        ret = info->func(ops, file, fh, arg);	/* 调用对应的ioctl函数 */

三、UVC（USB Video Class）

UVC全称为USB Video Class，即：USB视频类，是一种为USB视频捕获设备定义的协议标准。是Microsoft与另外几家设备厂商联合推出的为USB视频捕获设备定义的协议标准，已成为USB org标准之一。

最新的UVC版本为UVC 1.5，由USB Implementers Forum定义包括基本协议及负载格式。             

USB摄像头示例如下：

对于框架具体细节可以看这篇UVC 1.5 Class Specification 简解_uvc1.5-CSDN博客

UVC驱动的重点在于：
   描述符的分析
   属性的控制: 通过VideoControl Interface来设置
   格式的选择：通过VideoStreaming Interface来设置
   数据的获得：通过VideoStreaming Interface的URB来获得

参考文章：

​​​​​​【Linux驱动】Linux--虚拟摄像头vivid驱动分析（基于5.4内核）-CSDN博客

【转载】linux摄像头驱动_linux 摄像头驱动-CSDN博客