(五) vivi代码分析

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title: vivi代码分析
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vivi代码分析

代码在/drivers/media/platform/vivid/

初始化注册

从入口函数分析

vivi_init
    vivi_create_instance
        v4l2_device_register   // 不是主要, 只是用于初始化一些东西，比如自旋锁、引用计数
        video_device_alloc
        // 设置
          1. vfd:
            .fops           = &vivi_fops,
            .ioctl_ops 	= &vivi_ioctl_ops,
            .release	= video_device_release,
          2.
            vfd->v4l2_dev = &dev->v4l2_dev;
          3. 设置"ctrl属性"(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_device
                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;

使用open/read/ioctl

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

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

3. ioctl
app:   ioctl
----------------------------------------------------
drv:   v4l2_fops.unlocked_ioctl
            v4l2_ioctl
                struct video_device *vdev = video_devdata(filp);
                ret = vdev->fops->unlocked_ioctl(filp, cmd, arg);
                            video_ioctl2
                                video_usercopy(file, cmd, arg, __video_do_ioctl);
                                    __video_do_ioctl
                                        struct video_device *vfd = video_devdata(file);
                                        根据APP传入的cmd来获得、设置"某些属性"

系统调用分析

我们使用strace来追踪xawtv的系统调用

strace -o xawtv.log xawtv

先来看下open,搜索/dev/video0

open("/dev/video0", O_RDWR)             = 4

这里返回了句柄4,我们可以搜索ioctl(4,也就是能找到相关的调用了

ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP, {driver="vivid", card="vivid", bus_info="platform:vivid-000", version=4.13.13, capabilities=V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE|V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT|V4L2_CAP_VIDEO_OVERLAY|V4L2_CAP_VBI_CAPTURE|V4L2_CAP_VBI_OUTPUT|V4L2_CAP_SLICED_VBI_CAPTURE|V4L2_CAP_SLICED_VBI_OUTPUT|V4L2_CAP_RDS_CAPTURE|V4L2_CAP_HW_FREQ_SEEK|V4L2_CAP_RDS_OUTPUT|V4L2_CAP_TUNER|V4L2_CAP_AUDIO|V4L2_CAP_RADIO|V4L2_CAP_MODULATOR|V4L2_CAP_READWRITE|V4L2_CAP_STREAMING|V4L2_CAP_DEVICE_CAPS|0x300000, device_caps=V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE|V4L2_CAP_VIDEO_OVERLAY|V4L2_CAP_TUNER|V4L2_CAP_AUDIO|V4L2_CAP_READWRITE|V4L2_CAP_STREAMING|0x200000}) = 0
ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP, {driver="vivid", card="vivid", bus_info="platform:vivid-000", version=4.13.13, capabilities=V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE|V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT|V4L2_CAP_VIDEO_OVERLAY|V4L2_CAP_VBI_CAPTURE|V4L2_CAP_VBI_OUTPUT|V4L2_CAP_SLICED_VBI_CAPTURE|V4L2_CAP_SLICED_VBI_OUTPUT|V4L2_CAP_RDS_CAPTURE|V4L2_CAP_HW_FREQ_SEEK|V4L2_CAP_RDS_OUTPUT|V4L2_CAP_TUNER|V4L2_CAP_AUDIO|V4L2_CAP_RADIO|V4L2_CAP_MODULATOR|V4L2_CAP_READWRITE|V4L2_CAP_STREAMING|V4L2_CAP_DEVICE_CAPS|0x300000, device_caps=V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE|V4L2_CAP_VIDEO_OVERLAY|V4L2_CAP_TUNER|V4L2_CAP_AUDIO|V4L2_CAP_READWRITE|V4L2_CAP_STREAMING|0x200000}) = 0
ioctl(4, VIDIOC_G_FMT, {type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE, fmt.pix={width=1280, height=720, pixelformat=v4l2_fourcc('B'7�, 'G'7�, 'R'7�, '4'7�), field=V4L2_FIELD_NONE, bytesperline=5120, sizeimage=3686400, colorspace=V4L2_COLORSPACE_SRGB}}) = 0
...
还有很多

仔细分析后如下,其实看了后面的学习就能差不多记住这几个调用顺序了

// 1~7都是在v4l2_open里调用
1. open
2. ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP

// 3~7 都是在get_device_capabilities里调用
3. for()
        ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT   // 列举输入源,VIDIOC_ENUMINPUT/VIDIOC_G_INPUT/VIDIOC_S_INPUT不是必需的
4. for()
        ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD  // 列举标准(制式), 不是必需的
5. for()        
        ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT // 列举格式

6. ioctl(4, VIDIOC_G_PARM
7. for()
        ioctl(4, VIDIOC_QUERYCTRL    // 查询属性(比如说亮度值最小值、最大值、默认值)

// 8~10都是通过v4l2_read_attr来调用的        
8. ioctl(4, VIDIOC_G_STD            // 获得当前使用的标准(制式), 不是必需的
9. ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT 
10. ioctl(4, VIDIOC_G_CTRL           // 获得当前属性, 比如亮度是多少

11. ioctl(4, VIDIOC_TRY_FMT          // 试试能否支持某种格式
12. ioctl(4, VIDIOC_S_FMT            // 设置摄像头使用某种格式


// 13~16在v4l2_start_streaming
13. ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS          // 请求系统分配缓冲区
14. for()
        ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF         // 查询所分配的缓冲区
        mmap        
15. for ()
        ioctl(4, VIDIOC_QBUF             // 把缓冲区放入队列        
16. ioctl(4, VIDIOC_STREAMON             // 启动摄像头


// 17里都是通过v4l2_write_attr来调用的
17. for ()
        ioctl(4, VIDIOC_S_CTRL           // 设置属性
    ioctl(4, VIDIOC_S_INPUT              // 设置输入源
    ioctl(4, VIDIOC_S_STD                // 设置标准(制式), 不是必需的

// v4l2_nextframe > v4l2_waiton    
18. v4l2_queue_all
    v4l2_waiton    
        for ()
        {
            select(5, [4], NULL, NULL, {5, 0})      = 1 (in [4], left {4, 985979})
            ioctl(4, VIDIOC_DQBUF                // de-queue, 把缓冲区从队列中取出
            // 处理, 之以已经通过mmap获得了缓冲区的地址, 就可以直接访问数据        
            ioctl(4, VIDIOC_QBUF                 // 把缓冲区放入队列
        }

ioctl流程一览

xawtv的几大函数：
1. v4l2_open
2. v4l2_read_attr/v4l2_write_attr
3. v4l2_start_streaming
4. v4l2_nextframe/v4l2_waiton

涉及的ioctl如下

摄像头驱动程序必需的11个ioctl:
    // 表示它是一个摄像头设备
	.vidioc_querycap      = vidioc_querycap,

    /* 用于列举、获得、测试、设置摄像头的数据的格式 */
	.vidioc_enum_fmt_vid_cap  = vidioc_enum_fmt_vid_cap,
	.vidioc_g_fmt_vid_cap     = vidioc_g_fmt_vid_cap,
	.vidioc_try_fmt_vid_cap   = vidioc_try_fmt_vid_cap,
	.vidioc_s_fmt_vid_cap     = vidioc_s_fmt_vid_cap,

    /* 缓冲区操作: 申请/查询/放入队列/取出队列 */
	.vidioc_reqbufs       = vidioc_reqbufs,
	.vidioc_querybuf      = vidioc_querybuf,
	.vidioc_qbuf          = vidioc_qbuf,
	.vidioc_dqbuf         = vidioc_dqbuf,

	// 启动/停止
	.vidioc_streamon      = vidioc_streamon,
	.vidioc_streamoff     = vidioc_streamoff,	
     
继续分析数据的获取过程：
1. 请求分配缓冲区: ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS          // 请求系统分配缓冲区
                        videobuf_reqbufs(队列, v4l2_requestbuffers) // 队列在open函数用videobuf_queue_vmalloc_init初始化
                        // 注意：这个IOCTL只是分配缓冲区的头部信息，真正的缓存还没有分配呢

2. 查询映射缓冲区:
ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF         // 查询所分配的缓冲区
        videobuf_querybuf        // 获得缓冲区的数据格式、大小、每一行长度、高度            
mmap(参数里有"大小")   // 在这里才分配缓存
        v4l2_mmap
            vivi_mmap
                videobuf_mmap_mapper
                    videobuf-vmalloc.c里的__videobuf_mmap_mapper
                            mem->vmalloc = vmalloc_user(pages);   // 在这里才给缓冲区分配空间

3. 把缓冲区放入队列:
ioctl(4, VIDIOC_QBUF             // 把缓冲区放入队列        
    videobuf_qbuf
        q->ops->buf_prepare(q, buf, field);  // 调用驱动程序提供的函数做些预处理
        list_add_tail(&buf->stream, &q->stream);  // 把缓冲区放入队列的尾部
        q->ops->buf_queue(q, buf);           // 调用驱动程序提供的"入队列函数"
        

4. 启动摄像头
ioctl(4, VIDIOC_STREAMON
    videobuf_streamon
        q->streaming = 1;
        

5. 用select查询是否有数据
          // 驱动程序里必定有: 产生数据、唤醒进程
          v4l2_poll
                vdev->fops->poll
                    vivi_poll   
                        videobuf_poll_stream
                            // 从队列的头部获得缓冲区
                			buf = list_entry(q->stream.next, struct videobuf_buffer, stream);
                            
                            // 如果没有数据则休眠                			
                			poll_wait(file, &buf->done, wait);

    谁来产生数据、谁来唤醒它？
    内核线程vivi_thread每30MS执行一次，它调用
    vivi_thread_tick
        vivi_fillbuff(fh, buf);  // 构造数据 
        wake_up(&buf->vb.done);  // 唤醒进程
          
6. 有数据后从队列里取出缓冲区
// 有那么多缓冲区，APP如何知道哪一个缓冲区有数据？调用VIDIOC_DQBUF
ioctl(4, VIDIOC_DQBUF 
    vidioc_dqbuf   
        // 在队列里获得有数据的缓冲区
        retval = stream_next_buffer(q, &buf, nonblocking);
        
        // 把它从队列中删掉
        list_del(&buf->stream);
        
        // 把这个缓冲区的状态返回给APP
        videobuf_status(q, b, buf, q->type);
        
7. 应用程序根据VIDIOC_DQBUF所得到缓冲区状态，知道是哪一个缓冲区有数据
   就去读对应的地址(该地址来自前面的mmap)

怎么写摄像头驱动程序:
1. 分配video_device:video_device_alloc
2. 设置
   .fops
   .ioctl_ops (里面需要设置11项)
   如果要用内核提供的缓冲区操作函数，还需要构造一个videobuf_queue_ops
3. 注册: video_register_device

总结

static inline int __must_check video_register_device(struct video_device *vdev,
		int type, int nr)
{
	return __video_register_device(vdev, type, nr, 1, vdev->fops->owner);
}

这里的vdev是最终驱动调用的方法

v4l2_fops
	> open
		>vdev.fops.open
		
video_device->fops->ioctl 一般可以设置为 video_ioctl2 
video_ioctl2 会来调用 video_device->ioctl_ops(v4l2_ioctl_ops)