摄像头驱动程序彻底分析-

1、前言先前已经分析过V4L2的框架,并且使用了xawtv测试了vivi虚拟驱动程序,对框架的分析并没有深入结构,比如说ioctl有很多,但是并不清楚哪些是必须的,哪些可以不要。并且也不知道测试程序是如何拿到视频数据的。本文将介绍如何根据虚拟驱动vivi的使用过程彻底分析摄像头驱动。第1章vivi测试补充加载vivi.ko驱动之前,先加载videobuf-core.kovideobuf-vmalloc.kov4l2-common.ko这3个模块,然后就可以加载vivi.ko成功了。然而换了一台电脑,再执行一遍就不行了,在加载v4l2-common.ko时执行“sudo insmod v4l2-co

2、mmon.ko”打印信息提示如下: Insmod:error inserting v4l2-common.ko:-1 Unknown symbol in module使用dmesg命令查看详细信息:v4l2_common:Unknown symbol v4l2_device_register_subdevv4l2_common:Unknown symbol v4l2_device_unregister_subdev那么为什么原来的电脑可以正常加载驱动,现在的电脑就不行了呢?1.2 加载vivi.ko失败原因这是因为先前电脑测试时是先插上的UVC摄像头测试的,这时电脑会自动加载对应的v4l2相关

3、的驱动ko,这个时候再加载vivi.ko驱动的时候就不缺少相应的symbol。而换了一台电脑没有插uvc摄像头驱动,所以问题就出现了。解决办法-依次执行下面三步骤:sudo modprobe vivi /安装ubuntu自带的驱动程序sudo rmmod vivi /卸载内核自带的vivi驱动sudo insmod vivi.ko /安装自己编译出的vivi.ko1.3 insmod与modprobe第2章分析xawtv源码2.1 获取xawtv源码下载源码后建立一个sourceinsight工程,当然可以从main开始分析,看看涉及到哪些系统调用。但是这样会非常复杂,因为xawtv除了调用v

4、ivi驱动程序之外,还有其他很多的工作,如何快捷的知道有哪些调用呢?有一个办法,使用strace工具可以看出xawtv使用了哪些系统调用。2.2 strace工具使用方法:strace o xxx.log cmdcmd为命令,执行cmd命令时会将涉及到的系统调用(open,read,write都会记录到到xxx.log中。执行”strace o xawtv.log xawtv”,在当前目录生成xawtv.log,将该文件拷到PC机上,下面对该文件进行分析。2.3 分析xawtv.log使用UltraEdit打开xawt.log,xawtv不指定设备打开时是默认打开video0,因此上节操作的是

5、video0,因为文件内容比较多,我们需要先得到我们关系的东西,搜索“/dev/video0”,得到如下图: 可以看出open打开两次,第一次打开后发现ioctl用不了,因此close,然后打开第2次。可以看出open之后,得到一个文件句柄“4”,后面接了一大堆ioctl。搜索“(4,”,就可以看出涉及到哪些调用了。勾选搜索对话框的“列出包含字符串的行”,搜索如下图: 复制搜索到的结果,存为新的文件“xawtv涉及的vivi驱动的系统调用.txt”。从xawtv.log可以看出,open之后,涉及到的第一个系统调用是:open("/dev/video0", O_RDWR|O

6、_LARGEFILE = 4ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP or VT_OPENQRY, 0x8f0b998 = -1 EINV AL (Invalid argumentclose(4ioctl失败,然后关闭。我们重点关注第2次open后面的内容,如下: 详细如下:open("/dev/video0", O_RDWR|O_LARGEFILE = 4ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP or VT_OPENQRY, 0xbf90a2e4 = 0ioctl(4, VIDIOC_G_FMT or VT_SENDSIG, 0xbf90a218 = 0i

7、octl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0xbf90a18c = 0ioctl(4, 0xc02c564a, 0xbf90a0f8 = -1 EINV AL (Invalid argumentioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0xbf90a18c = 0ioctl(4, 0xc02c564a, 0xbf90a0f8 = -1 EINV AL (Invalid argumentioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0xbf90a18c = 0ioctl(4, 0xc02c

8、564a, 0xbf90a0f8 = -1 EINV AL (Invalid argumentioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0xbf90a18c = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0xbf90a18c = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0xbf90a18c = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0xbf90a18c = -1 EINV AL (Invalid argumentioctl(4, V

9、IDIOC_QUERYCAP or VT_OPENQRY, 0xbf90a124 = 0ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT, 0xbf909fcc = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT, 0xbf909fcc = 0fstat64(4, st_mode=S_IFCHR|0660, st_rdev=makedev(81, 0, . = 0ioctl(4, MA TROXFB_TVOQUERYCTRL or VIDIOC_QUERYCTRL, 0xbf90a018 = -1 EINV AL (Invalid argumentioctl(4, VIDIOC_QUERY

10、CAP or VT_OPENQRY, 0x8f0b998 = 0fcntl64(4, F_SETFD, FD_CLOEXEC = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT, 0x8f0bacc = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT, 0x8f0bb18 = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT, 0x8f0bb64 = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT, 0x8f0bbb0 = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT, 0x8f0bbfc = -1 EINV AL (Invalid argumentioctl(4

11、, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0bf8c = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0bfcc = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0c00c = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0c04c = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0c08c = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0c0cc = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0c10c = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0c14c = -1 E

12、INV AL (Invalid argumentioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0x8f0c38c = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0x8f0c3cc = 0ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0x8f0c40c = 0ioctl(4, VIDIOC_G_PARM, 0x8f0ba00 = 0ioctl(4, MATROXFB_TVOQUERYCTRL or VIDIOC_QUERYCTRL, 0x8f0cb8c = 0ioctl(4, MATROX

13、FB_TVOQUERYCTRL or VIDIOC_QUERYCTRL, 0x8f0cbd0 = 0ioctl(4, MATROXFB_TVOQUERYCTRL or VIDIOC_QUERYCTRL, 0x8f0cc14 = 0ioctl(4, VIDIOC_G_STD, 0xbf90a3a8 = 0ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT, 0xbf90a3bc = 0ioctl(4, MATROXFB_G_TVOCTRL or VIDIOC_G_CTRL, 0xbf90a3b4 = 0ioctl(4, MATROXFB_G_TVOCTRL or VIDIOC_G_CTRL, 0xb

14、f90a3b4 = 0ioctl(4, MATROXFB_G_TVOCTRL or VIDIOC_G_CTRL, 0xbf90a3b4 = 0ioctl(4, MATROXFB_G_TVOCTRL or VIDIOC_G_CTRL, 0xbf90a3b4 = 0ioctl(4, MATROXFB_G_TVOCTRL or VIDIOC_G_CTRL, 0xbf90a3c4 = 0ioctl(4, VIDIOC_TRY_FMT, 0x8f0dca4 = 0ioctl(4, VIDIOC_S_FMT or VT_RELDISP, 0xbf909cf4 = 0ioctl(4, VIDIOC_TRY_

15、FMT, 0x8f0dca4 = 0ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS or VT_DISALLOCA TE, 0x8f0dd80 = 0ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF or VT_RESIZE, 0x8f0dd94 = 0ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF or VT_RESIZE, 0x8f0ddd8 = 0ioctl(4, VIDIOC_QBUF, 0x8f0dd94 = 0ioctl(4, VIDIOC_QBUF, 0x8f0ddd8 = 0ioctl(4, VIDIOC_STREAMON, 0xbf909fcc = 0ioctl(4, MA

16、TROXFB_S_TVOCTRL or VIDIOC_S_CTRL, 0xbf90a3b0 = 0ioctl(4, MATROXFB_S_TVOCTRL or VIDIOC_S_CTRL, 0xbf90a3b0 = 0ioctl(4, MATROXFB_S_TVOCTRL or VIDIOC_S_CTRL, 0xbf90a3b0 = 0ioctl(4, MATROXFB_S_TVOCTRL or VIDIOC_S_CTRL, 0xbf90a3b0 = 0ioctl(4, VIDIOC_S_INPUT, 0xbf90a424 = 0ioctl(4, VIDIOC_S_STD, 0x8f0bf90

17、 = 0ioctl(4, VIDIOC_DQBUF, 0xbf90a2a0 = 0ioctl(4, VIDIOC_QBUF, 0x8f0dd94 = 0ioctl(4, VIDIOC_DQBUF, 0xbf90a2a0 = 0ioctl(4, VIDIOC_QBUF, 0x8f0ddd8 = 0ioctl(4, VIDIOC_DQBUF, 0xbf90a2a0 = 0.由上小节可得系统调用顺序:1、open("/dev/video0", O_RDWR|O_LARGEFILE = 4-打开设备2、ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP3、ioctl(4, VIDIO

18、C_G_FMT-获得摄像头数据的格式4、for( -从上图可以看出连续多次调用,从下面分析xawtv源码也可以看出。ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT-列举出摄像头支持的格式5、ioctl(4, 0xc02c564a, 0xbf90a0f8 = -1 EINV AL (Invalid argument-Invalid先不管6、ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP7、ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT-获得当前使用的输入源8、ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT-列举出输入源,数据可能有多个通道9、ioctl(4, VIDIOC_QUERYCT

19、RL-查询属性,比如亮度,对比度10、ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP11、fcntl64(4, F_SETFD, FD_CLOEXEC-当应用程序关闭,并且不是直接调用close来关闭这个文件的话,系统帮忙来关闭12、for(ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT-列举出输入源,数据可能有多个通道13、for(ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD-列举标准制式14、for(ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT-列举支持的格式15、ioctl(4, VIDIOC_G_PARM-获取参数16、for(ioctl(4, VIDIOC_QUERYCT

20、RL -查询属性,比如亮度,最小值,最大值,默认值17、ioctl(4, VIDIOC_G_STD-获得当前使用的标准制式,摄像头所支持的制式是PAL,还是NTSC等18、ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT-当前使用的哪一个通道19、for(ioctl(4, VIDIOC_G_CTRL-获得当前的属性,比如亮度,对比度20、ioctl(4, VIDIOC_TRY_FMT-试试能否支持某种格式,比如RGB,YUV21、ioctl(4, VIDIOC_S_FMT-设置摄像头使用某种格式(尝试成功后22、ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS-请求系统分配缓冲区23、ioctl(

21、4, VIDIOC_QUERYBUF-查询所分配的缓冲区24、for(ioctl(4, VIDIOC_QBUF-把缓冲区放入队列25、ioctl(4, VIDIOC_STREAMON-启动摄像头26、for(ioctl(4, VIDIOC_S_CTRL-设置属性,比如亮度27、ioctl(4, VIDIOC_S_INPUT-设置输入源28、ioctl(4, VIDIOC_S_STD-设置标准(制式29、for(select(5, 4, NULL, NULL, 5, 0 /查询是否有数据ioctl(4, VIDIOC_DQBUF-de-queque,把缓冲区从队列中取出/*处理*/ioctl(4

22、, VIDIOC_QBUF-处理完后把缓冲区放入队列VIDIOC_ENUM_FMT有多次使用,在sourcesight里面搜索下xawtv源码,发现在drv0-v4l2.c中有用到VIDIOC_ENUM_FMT,是一个for循环。for (h->nfmts = 0; h->nfmts < MAX_FORMA T; h->nfmts+ h->fmth->nfmts.index = h->nfmts;h->fmth->nfmts.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;if (-1 = xioctl(h->f

23、d, VIDIOC_ENUM_FMT, &h->fmth->nfmts, EINVALbreak;同样查看源码,VIDIOC_ENUMINPUT,VIDIOC_ENUMSTD也多次调用,是一个for 循环。这些调用都是在drv0-v4l2.c里面的get_device_capabilities(struct v4l2_handle *h函数里面。由上面分析,涉及到的系统调用非常多,而有些是不必要的,下面来做精简。在代码中查找,系统调用在应用程序的函数可以总结如下:/*12都是在v4l2_open里调用*/1. open2. ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP/

24、*37 都是在get_device_capabilities里调用*/3. for(ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT/ 列举输入源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_PARM7. for(ioctl(4, VIDIOC_QUERYCTRL / 查询属性(比如说亮度值最小值、最大值、默认值/*810都是通过v4l2_read_attr来调用的*/8. ioctl(4, VIDIOC_G_STD / 获得当

25、前使用的标准(制式, 不是必需的9. ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT10. ioctl(4, VIDIOC_G_CTRL / 获得当前属性, 比如亮度是多少/*未发现在哪儿调用*/11. ioctl(4, VIDIOC_TRY_FMT / 试试能否支持某种格式/*12通过v4l2_setformat调用*/12. ioctl(4, VIDIOC_S_FMT / 设置摄像头使用某种格式/* 1316在v4l2_start_streaming*/13. ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS / 请求系统分配缓冲区14. for(ioctl(4, VIDIOC_QUERYB

26、UF / 查询所分配的缓冲区mmap15. 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_allv4l2_waitonfor

27、 (select(5, 4, NULL, NULL, 5, 0 = 1 (in 4, left 4, 985979ioctl(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 / 把缓冲区放入队列总结如下:应用程序通过VIDIOC_REQBUFS请求系统分配缓冲区,用VIDIOC_QUERYBUF来查询系统分配的缓冲区,再用VIDIOC_QBUF把缓冲区放到驱动程序某个队列里面,调用VIDIOC_STREAMON启动摄像头。调用select函数来查询有没有

28、数据,如果驱动程序有了数据,就会把应用程序唤醒,应用程序通过调用VIDIOC_DQBUF来获得缓冲区的信息并处理它,处理完之后再放回队列中。xawtv的几大函数:1. v4l2_open2. v4l2_read_attr/v4l2_write_attr3. v4l2_start_streaming4. v4l2_nextframe/v4l2_waiton2.4 简化vivi的驱动程序应用程序使用ioctl,最终会使用的驱动程序的ioctl,驱动程序vivi.c的ioctl详细列表如下:static const struct v4l2_ioctl_ops vivi_ioctl_ops = .vi

29、dioc_querycap = vidioc_querycap,.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,.vidioc_reqbufs = vidioc_reqbufs,.vidioc_querybuf = vidioc_querybuf,.vidioc_qb

30、uf = vidioc_qbuf,.vidioc_dqbuf = vidioc_dqbuf,.vidioc_s_std = vidioc_s_std,.vidioc_enum_input = vidioc_enum_input,.vidioc_g_input = vidioc_g_input,.vidioc_s_input = vidioc_s_input,.vidioc_queryctrl = vidioc_queryctrl,.vidioc_g_ctrl = vidioc_g_ctrl,.vidioc_s_ctrl = vidioc_s_ctrl,.vidioc_streamon = vi

31、dioc_streamon,.vidioc_streamoff = vidioc_streamoff,#ifdef CONFIG_VIDEO_V4L1_COMPAT.vidiocgmbuf = vidiocgmbuf,#endif;这些ioctl有些是必须的,有些不是必须的,下面先列出结果。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_

32、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