01@ V4L2框架分析學習一

1、概述.

Video4Linux2是Linux內核中關於視頻設備的內核驅動框架，爲上層的訪問底層的視頻設備提供了統一的接口。

凡是內核中的子系統都有抽象底層硬件的差異，爲上層提供統一的接口和提取出公共代碼避免代碼冗餘等好處。

就像公司的老闆一般都不會直接找底層的員工談話，而是找部門經理了解情況，一個是因爲底層屌絲人數多，意見各有不同，措辭也不準，部門經理會把情況彙總後再向上彙報；二個是老闆時間寶貴。

V4L2支持三類設備：視頻輸入輸出設備、VBI 設備和radio設備(其實還支持更多類型的設備，暫不討論)，分別會在 /dev目錄下產生 videoX、radioX和vbiX設備節點。

我們常見的視頻輸入設備主要是攝像頭，也是本文主要分析對象。下圖V4L2在Linux系統中的結構圖：

Linux系統中視頻輸入設備主要包括以下四個部分：

字符設備驅動程序核心： V4L2本身就是一個字符設備，具有字符設備所有的特性，暴露接口給用戶空間；

V4L2驅動核心：主要是構建一個內核中標準視頻設備驅動的框架，爲視頻操作提供統一的接口函數；

平臺V4L2設備驅動：在V4L2框架下，根據平臺自身的特性實現與平臺相關的V4L2驅動部分，包括註冊video_device和v4l2_dev 。

具體的sensor驅動：主要上電、提供工作時鐘、視頻圖像裁剪、流IO開啓等，實現各種設備控制方法供上層調用並註冊v4l2_subdev 。

V4L2的核心源碼位於drivers/media/v4l2-core，源碼以實現的功能可以劃分爲四類：

核心模塊實現：由 v4l2-dev.c 實現，主要作用申請字符主設備號、註冊class和提供video device 註冊註銷等相關函數；

V4L2框架：由 v4l2-device.c、v4l2-subdev.c、v4l2-fh.c、v4l2-ctrls.c 等文件實現，構建V4L2框架；

Videobuf管理：由 videobuf2-core.c、videobuf2-dma-contig.c、videobuf2-dma-sg.c、videobuf2-memops.c、videobuf2-vmalloc.c、v4l2-mem2mem.c

等文件實現，完成videobuffer的分配、管理和註銷。

Ioctl框架：由 v4l2-ioctl.c 文件實現，構建 V4L2ioctl 的框架。

2、V4L2框架

結構體 v4l2_device、video_device、v4l2_subdev 和 v4l2_fh 是搭建框架的主要元素。下圖是V4L2框架的結構圖：

從上圖V4L2框架是一個標準的樹形結構，v4l2_device 充當了父設備，通過鏈表把所有註冊到其下的子設備管理起來，這些設備可以是GRABBER、VBI或RADIO。

V4l2_subdev 是子設備，v4l2_subdev 結構體包含了對設備操作的 ops和ctrls，這部分代碼和硬件相關，

需要驅動工程師根據硬件實現，像攝像頭設備需要實現控制上下電、讀取ID、飽和度、對比度和視頻數據流打開關閉的接口函數。

Video_device 用於創建子設備節點，把操作設備的接口暴露給用戶空間。 V4l2_fh 是每個子設備的文件句柄，在打開設備節點文件時設置，

方便上層索引到 v4l2_ctrl_handler，v4l2_ctrl_handler 管理設備的 ctrls，這些ctrls (攝像頭設備)包括調節飽和度、對比度和白平衡等。