• UVC 驱动调用过程与驱动框架的简单分析


    内核:Linux-3.4.2
    驱动:driversmediavideouvcuvc_driver.c

    UVC 驱动整体调用流程:

    /* 打开设备描述符 */
    1. open:
            uvc_v4l2_open
    
    /* 查询设备属性 */
    2. VIDIOC_QUERYCAP
    		if (video->streaming->type == V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE)
    			cap->capabilities = V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE
    					  | V4L2_CAP_STREAMING;
    		else
    			cap->capabilities = V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT
    					  | V4L2_CAP_STREAMING;
    
    /* 枚举设备支持的格式 */
    3. VIDIOC_ENUM_FMT
            format = &video->streaming->format[fmt->index];
    
    /* 得到设备当前所使用的 format 与 frame */
    4. VIDIOC_G_FMT
            uvc_v4l2_get_format
            	struct uvc_format *format = video->streaming->cur_format;
            	struct uvc_frame *frame = video->streaming->cur_frame;
    
    /* Check if the hardware supports the requested format. */
    5. VIDIOC_TRY_FMT
            uvc_v4l2_try_format
            	 
    /* 设置数据,此时并没有真正的设置,而是在启动视频流时将数据发送给设备 */
    6. VIDIOC_S_FMT
            uvc_v4l2_set_format
                uvc_v4l2_try_format
            	video->streaming->cur_format = format;
            	video->streaming->cur_frame = frame;
    
    /* 分配视频缓冲区 */
    7. VIDIOC_REQBUFS
            uvc_alloc_buffers
               	for (; nbuffers > 0; --nbuffers) {
            		mem = vmalloc_32(nbuffers * bufsize);
            		if (mem != NULL)
            			break;
            	}
    
    /* 查询并获取到分配的缓冲区信息 */
    8. VIDIOC_QUERYBUF
            uvc_query_buffer
                __uvc_query_buffer
    
    /* 映射缓冲区地址到用户空间 */
    9. mmap
            uvc_v4l2_mmap
    
    /* 将 V4L2 信息块放入队列 */
    10. VIDIOC_QBUF
            uvc_queue_buffer
                list_add_tail(&buf->queue, &queue->irqqueue);
            	list_add_tail(&buf->stream, &queue->mainqueue);
    
    /* 设置设备并启动视频流 */
    11. VIDIOC_STREAMON
            uvc_video_enable(video, 1)
                /* Commit the streaming parameters. */
                uvc_commit_video
                    /* 设置 format, frame */
                    uvc_set_video_ctrl  
                        
                /* 启动:Initialize isochronous/bulk URBs and allocate transfer buffers. */
                uvc_init_video(video, GFP_KERNEL);
                        uvc_init_video_isoc / uvc_init_video_bulk
                            
                        usb_submit_urb    
    
    /* 休眠等待数据 */
    12. poll
            uvc_v4l2_poll            
                uvc_queue_poll
                    poll_wait(file, &buf->wait, wait);
    
    /* 取出信息块 */
    13. VIDIOC_DQBUF
            uvc_dequeue_buffer
            	list_del(&buf->stream);
    
    /* 关闭视频流 */
    14. VIDIOC_STREAMOFF            
            uvc_video_enable(video, 0);
        		usb_kill_urb(urb);
        		usb_free_urb(urb);
    

    驱动分析,首先找到 UVC 驱动的入口点:

    struct uvc_driver uvc_driver = {
    	.driver = {
    		.name		= "uvcvideo",
    		.probe		= uvc_probe,
    		.disconnect	= uvc_disconnect,
    		.suspend	= uvc_suspend,
    		.resume		= uvc_resume,
    		.reset_resume	= uvc_reset_resume,
    		.id_table	= uvc_ids,
    		.supports_autosuspend = 1,
    	},
    };
    
    usb_register(&uvc_driver.driver);
    

    注册了 usb 驱动,如果系统中出现了与其 id_table 匹配的设备,则驱动会与它建立关系并调用 probe 函数:

    我们选择比较重要的函数进行分析,在 probe 中的函数调用:

    uvc_register_chains -> uvc_register_terms -> uvc_register_video(对类型为 UVC_TT_STREAMING 的video调用本函数)
    

    uvc_register_video 函数如下:

    static int uvc_register_video(struct uvc_device *dev,
    		struct uvc_streaming *stream)
    {
    	struct video_device *vdev;
    	int ret;
    
        /* 对 video 做一些初始化 */
    	ret = uvc_video_init(stream);
    	if (ret < 0) {
    		uvc_printk(KERN_ERR, "Failed to initialize the device "
    			"(%d).
    ", ret);
    		return ret;
    	}
    
    	uvc_debugfs_init_stream(stream);
    
    	/* 分配一个 video device */
    	vdev = video_device_alloc();
    	if (vdev == NULL) {
    		uvc_printk(KERN_ERR, "Failed to allocate video device (%d).
    ",
    			   ret);
    		return -ENOMEM;
    	}
    
        /* 配置 video device */
    	vdev->v4l2_dev = &dev->vdev;
    	vdev->fops = &uvc_fops;
    	vdev->release = uvc_release;
    	strlcpy(vdev->name, dev->name, sizeof vdev->name);
    
    	stream->vdev = vdev;
    	video_set_drvdata(vdev, stream);
    
        /* 注册 video device */
    	ret = video_register_device(vdev, VFL_TYPE_GRABBER, -1);
    	if (ret < 0) {
    		uvc_printk(KERN_ERR, "Failed to register video device (%d).
    ",
    			   ret);
    		stream->vdev = NULL;
    		video_device_release(vdev);
    		return ret;
    	}
    
    	atomic_inc(&dev->nstreams);
    	return 0;
    }
    

    在这里面有个重要的结构,即:

    const struct v4l2_file_operations uvc_fops = {
    	.owner		= THIS_MODULE,
    	.open		= uvc_v4l2_open,
    	.release	= uvc_v4l2_release,
    	.unlocked_ioctl	= uvc_v4l2_ioctl,
    #ifdef CONFIG_COMPAT
    	.compat_ioctl32	= uvc_v4l2_compat_ioctl32,
    #endif
    	.read		= uvc_v4l2_read,
    	.mmap		= uvc_v4l2_mmap,
    	.poll		= uvc_v4l2_poll,
    #ifndef CONFIG_MMU
    	.get_unmapped_area = uvc_v4l2_get_unmapped_area,
    #endif
    };
    

    uvc_v4l2_ioctl 就是实现 V4L2 操作的函数集。

    这个 unlocked_ioctl 属性的赋值需要注意一下,当它为 uvc_v4l2_ioctl(当前内核所使用)时,调用的是 uvc_v4l2.c 中现有的函数; 但如果将它赋值为 video_ioctl2 时,内核将调用我们在驱动中 vdev 的 ioctl_ops 属性所赋给的函数集进行操作。

    __video_do_ioctl 中:
        const struct v4l2_ioctl_ops *ops = vfd->ioctl_ops; 之后就调用 ops 中的一系列函数来操作 video
    

    所以这一系列的函数可以由我们自己来编写。

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