基於V4L2的視頻驅動開發（1）
作者：劉洪濤,華清遠見嵌入式學院講師。
編寫基於V4L2視頻驅動主要涉及到以下幾個知識點：
● 攝像頭方面的知識
要了解選用的攝像頭的特性，包括訪問控制方法、各種參數的配置方法、信號輸出類型等。
● Camera解碼器、控制器
如果攝像頭是模擬量輸出的，要熟悉解碼器的配置。最後數字視頻信號進入camera控制器後，還要熟悉camera控制器的操作。
● V4L2的API和數據結構
編寫驅動前要熟悉應用程序訪問V4L2的方法及設計到的數據結構。
● V4L2的驅動架構
最後編寫出符合V4L2規範的視頻驅動。
本文介紹基於S3C2440硬件平臺的V4L2視頻驅動開發。攝像頭採用OmniVision公司的OV9650和OV9655。主要包含以下幾個方面的內容：
視頻驅動的整體驅動框架
● 3C2440 camera控制器+ov9650（ov9655）
● V4L2 API及數據結構
● V4L2驅動框架
● ov9650（ov9655）+s3c2440+V4L2實例
一、 視頻驅動的整體框架
視頻驅動的整體框架見下圖：
二、S3C2440 camera控制器+ov9650（ov9655）
（1）S3C2440 camera控制器介紹
S3C2440支持ITU-R BT601/656格式的數字圖像輸入，支持的2個通道的DMA，Preview通道和Codec通道，參見下圖。
Preview通道可以將YCbCr4:2:2格式的圖像轉換爲RGB（16bit或24bit）格式的數據，並存放於爲Preview DMA分配的內存中，最大分辨率爲640*480。主要用於本地液晶屏顯示。如果將Preview DMA的內存和Framebuffer內存重疊的話，就可以實現採集直接輸出到液晶屏上了。
Codec通道可以輸出YCbCr4:2:0或YCbCr4:2:2格式到爲Codec DMA分配的內存中。最大分辨率爲4096*4096。主要用於圖像的編解碼處理。
上圖中的window cut功能是指在圖像可以先做一個裁剪。通過設置CIWDOFST完成此功能，見下圖。圖像進入P、C通道後，各自的scaler單元還可以對其進行縮放、旋轉等處理。
S3C2440 camera控制器支持乒乓存儲。爲了防止採集和輸出之間的衝突，採用了乒乓存儲方式。每次採集一幀後，自動轉到下一個存儲區。如果你因爲內存空間不足，不想使用此功能的話，可以將四個區域設置到同一塊空間。
在做圖像處理時，需要關注到最後存儲區中的圖像格式，如codec通道硬件自動把Y、Cb、Cr分離存儲。
S3C2440 camera 控制器Last IRQ功能的使用，也是需要掌握的。如果處理不好，輸出的圖像效果會受影響。
控制器會在每個VSYNC下降沿判斷ImgCptEn信號等命令。如果在下降沿發現ImgCptEn信號有效，則產生IRQ中斷。然後纔開始一幀圖像的真正採集。而如果在VSYNC下降沿判斷到ImgCptEn爲低電平且之前LastIRQEn沒有使能，則不會產生任何中斷，且不會再進行下一幀的採集。如果你想在ImgCptEn關閉後，一幀採集完後產生一箇中斷通知你，那麼就需要在最後一次中斷產生前（stop capturing後的vysnc下將沿）使能lastirq就可以了。
我在移植linux驅動時就遇到了一個Last IRQ的問題。現象是輸出圖像上面總是有一條比其它部分反應慢。採集運動圖像，就能看出現象。查看代碼是因爲沒有設立lastirq，因爲每次如果不在lastirq產生的情況下讀取，圖像緩衝中的數據是不穩定的，可能照成圖像不完整。修改代碼支持lastirq後，問題解決。
Camera控制器時鐘設置也是需要注意的，ov9650需要Camera控制器爲其提供時鐘。
提供給外部攝像頭的時鐘是由UPLL輸出時鐘分頻得到的。而CAMIF的時鐘是由HCLK提供的。本例中，提供給ov9650的時鐘爲24M。
（2）ov9650（ov9655）設置方法
OV9650是OmniVision公司的COMS攝像頭，130萬像素，支持SXVGA、VGA、QVGA、CIF等圖像輸出格式。 最大速率在SXVGA時爲15fps，在VGA時爲30fps。
OV9650攝像頭時序如下圖：
上圖中D[9:2]用於8-bitYUV或者RGB565/RGB555(D[9]MSB、D[2]LSB)。D[9:0]用於10-bit RGB。本例中使用8-bit YUV模式。
我手邊開發板的Camera和S3C2440的接線原理圖如下（對應camera中具體的信號名稱參見前文的驅動整體架構圖）。
注：GPG12用於PWEN信號
OV9650攝像頭設置方法是通過SCCB總線設置
SCCB可以看作是一種簡化的I2C總線，可以使用IO模擬SCCB時序。
（3）編寫ARM測試代碼測試camera功能
在Keil環境下編寫一個測試代碼完成從攝像頭採集圖像輸出到液晶屏。下面列出程序的流程。
（4）編寫測試代碼過程中常見的問題
● 攝像頭寄存器的配置
因爲攝像頭有很多寄存器，可能一下無法理解裏面所有的配置含義，所以開始時希望得到一份可用的配置。但往往從別人的測試代碼中拿到配置後，仍然無法使用。我這裏列出幾個可能的原因：（1）攝像頭中的圖像輸出格式和你在camera控制器中設置的不一致，同一個攝像頭可以設置多種輸入格式，如：YCbYCr或CbYCrY。（2）圖像輸出的一些時序和你的camera控制器設置不一致，攝像頭可以設置一些時序，如：圖像數據在CAMPCLK的上升沿有效還是下降沿有效。（3）注意輸出圖像的格式和Framebuffer控制器的匹配，如字節順序等問題。
● Ov9650和ov9655的使用區別
這裏主要列出兩者之間在復位信號上有差別，ov9650是高電平復位，而ov9655是低電平復位。
