camera、sensor，v4l2基础知识_v4l2 camera bt656

结构和工作原理

（1）、工作原理：物体通过镜头（lens）聚集的光,通过CMOS或CCD集成电路，把光信号转换成电信号，再经过内部图像处理器（ISP）转换成数字图像信号输出到数字信号处理器（DSP）加工处理，转换成标准的GRB、YUV等格式图像信号。

（2）、CCM 包含四大件： 镜头(lens)、传感器（sensor）、软板（FPC）、图像处理芯片（DSP）。决定一个摄像头好坏的重要部件是：镜头（lens）、图像处理芯片 （DSP）、传感器（sensor）。CCM的关键技术为：光学设计技术、非球面镜制作技术、光学镀膜技术。

Cmos内部结构

帧同步的逻辑关系

PCLK：是像素点同步时钟信号。也就是每个PCLK对应一个像素点。

VSYNC：是场同步信号。以高电平有效为例，VSYNC置高直到被拉低，这个区段所输出的所有影像数据组成一个frame。

HSYNC：是行同步信号。就是在告诉接收端：“HSYNC”有效时段内接收端接收到的所有的信号输出属同一行。

若要显示一个640x480的画面，显示不正确的时候，若量PCLK，VSYNC和HSYNC这三个信号，就可以知道这三个信号配置是否有问题，一般来讲，这种情况是有公式的：

VSync = HSYNC x 320；

Hsync = PCLK x 640；

软硬件的完整流程：

1.摄像头的初始化（输出格式、分辨率、输出速率）

2.使能摄像头接入主控板卡中的物理通道（mipi、cif也就是dvp；摄像头的dvp口传输协议和lcd ttl口协议差不多。）

3.使能主控板卡中的ISP（图像信号处理模块）、并让ISP知道当前有效接入的摄像头是哪一个（因为可以多个接入，但只能一个有效）。

4.告诉ISP输进来的数据如何处理（颜色空间转换、缩放、裁剪、旋转等）、经由那个通道输出到内存/显存（MP主通道、SP自身通道）。SP一般用来预览图片，SP图片的最大分辨率比MP低。

5.输出到内存

V4l2的采集过程（应用程序）：

1)     打开设备，获得文件描述符；

2)     设置图片格式；

3)     分配缓冲区；

4)     启动采集过程，读取数据；

5)     停止采集，关闭设备。

从V4L2简单框图可以看出,V4L2是一个字符设备，而V4L2的大部分功能都是通过设备文件的ioctl导出的。

一般来说，摄像头驱动需要实现与向核心层提交下面十几个ioctl接口

VIDIOC_REQBUFS：分配内存

VIDIOC_QUERYCAP：查询驱动功能

VIDIOC_ENUM_FMT：获取当前驱动支持的视频格式

VIDIOC_S_FMT：设置当前驱动的频捕获格式

VIDIOC_G_FMT：读取当前驱动的频捕获格式

VIDIOC_TRY_FMT：验证当前驱动的显示格式

VIDIOC_CROPCAP：查询驱动的修剪能力

VIDIOC_S_CROP：设置视频信号的边框

VIDIOC_G_CROP：读取视频信号的边框

VIDIOC_QBUF：把数据放回缓存队列

VIDIOC_DQBUF：把数据从缓存中读取出来

VIDIOC_STREAMON：开始图像捕获

VIDIOC_STREAMOFF：结束图像捕获

1.V4L2 驱动中的核心结构体

v4l2_device;一个v4l2的总设备。

v4l2_sbudev：来描述camera等sensor设备，一般是指挂接在总线(i2c)上的摄像头

video_device:实际和处理器采集口相关的配置，一般该设备会完成注册以/dev/video0，video1的字符设备注册的形式暴露给应用层。

v4l-utils工具包用法

v4l-utils工具包中的：v4l2-ctl实现抓图。

V4l2-ctl 工具则是针对/dev/video0，/dev/video1 等 video设备，它在 video 设备上进行 set_fmt，reqbuf(申请buf)，qbuf(送buf回队列)，dqbuf(从队列取出buf)，stream_on，stream_off 等一系列操作。

n为4的倍数(0,1,2,3...)

/dev/videon+0：视频输出 SP主通道

/dev/videon+1：视频输出 MP自身通道

/dev/videon+2：3A统计

/dev/videon+3：3A参数设置

打开v4l2中的ioctl调用开关：

echo 0x1f > /sys/class/video4linux/video0/dev_debug

echo 0x1f > /sys/class/video4linux/video1/dev_debug

echo 0x1f > /sys/class/video4linux/video2/dev_debug

echo 0x1f > /sys/class/video4linux/video3/dev_debug

设置 fmt 并抓帧：

板端：

v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-selection=target=crop,width=1920,height=1080 --set-fmt-video=width=1280,height=720,pixelformat=NV21 \

--stream-mmap=3 --stream-to=mp.out --stream-count=1 --stream-poll

参数的说明：

    -d，指定操作对象为/dev/video0 设备。

    --set-selection=target=crop 设置裁剪功能，width=1920,height=1080 裁剪后的大小1920x1080

    --set-fmt-video，指定了宽高及 pxielformat。NV12，即用 FourCC 表示的 pixelformat。FourCC 编码详见下文 FourCC。

    --stream-mmap，指定 buffer 的类型为 mmap，即由 kernel 分配的物理连续的或经过iommu 映射的 buffer。

    --stream-to，指定帧数据保存的文件路径

    --stream-count，指定抓取的帧数， 不包括--stream-skip 丢弃的数量

--stream-poll，该选项指示 v4l2-ctl 采用异步 IO，即在 dqbuf 前先用 select 等等帧数据完成，从而保证 dqbuf 不阻塞。否则 dqbuf 将会阻塞直到有数据帧到来。

将mp.out推到ubantu上用mplayer打开它。

ubantu端：

W=1280; H=720; mplayer mp.out -loop 0 -demuxer rawvideo -fps 25 -rawvideo w=${W}:h=${H}:size=$((${W}*${H}*3/2)):format=nv21

    注意了抓图操作的pixelformat和mplayer播放的format需要一致。

前提是摄像头驱动和摄像头本身要支持nv12，分辨率也同理。

Media子系统和pipeline汇总

在rk 9.0之前还没有用meidia子系统，为了解决多媒体设备的复杂性和流动性，把多媒体各个模块树状链接，可以很方便的操作各个链接点的格式分辨率等。但是这样需要代码来支持，所以就用了media子系统，虽然增加了大段代码，但是这样操作更加灵活。

Media子系统是一种pipeline形式

Rk从sensor到ddr设定了4个设备如下

sensor —> DPHY —> isp —> stream

其中每个设备都认为是一个entity，是一个节点。每个都包含一个或者多个pads，可以认为是各个分叉，link就是将各个分叉pad链接起来，也就是谁链接谁。谁是源端，谁是目的端。

根据上图：

sensor有ov5695和ov2659，它们只有一个pad，因为只能输出

DPHY 就是mipi dphy 接收sensor数据，输出输出到isp，所有有2个pads

Isp 因为isp除了要接收dphy进来的数据，还要接收input参数，输出统计信息，最后将数据输出到 mainpath和selfpath(这个不清楚是否rkisp独有)，4个pads

Mp和sp 接收isp处理好的数据 所以只有一个pad。