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(七) UVC框架分析

title: UVC框架分析

date: 2019/4/23 19:50:00

toc: true

UVC框架分析

源码的位置在drivers\media\video\uvc,查看下Makefile,我们可以从入口uvc_driver.c中分析

uvcvideo-objs  := uvc_driver.o uvc_queue.o uvc_v4l2.o uvc_video.o uvc_ctrl.o \

                  uvc_status.o uvc_isight.o uvc_debugfs.o

ifeq ($(CONFIG_MEDIA_CONTROLLER),y)

uvcvideo-objs  += uvc_entity.o

endif

obj-$(CONFIG_USB_VIDEO_CLASS) += uvcvideo.o

入口函数

module_init(uvc_init);

	>usb_register(&uvc_driver.driver)

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,

	},

};

这里的id_table表示能够支持哪些设备,probe表示匹配到之后执行probe函数

uvc_probe

uvc_register_chains

	uvc_register_terms

		uvc_register_video

			uvc_video_init

			// 这里就是以前vivi中讲的 设置

			video_device_alloc

			vdev->v4l2_dev = &dev->vdev;

			vdev->fops = &uvc_fops;

			vdev->release = uvc_release;

			strlcpy(vdev->name, dev->name, sizeof vdev->name);

			//注册

			video_register_device(vdev, VFL_TYPE_GRABBER, -1);

文件ops

const struct v4l2_file_operations uvc_fops = {

	.owner		= THIS_MODULE,

	.open		= uvc_v4l2_open,

	.release	= uvc_v4l2_release,

	.unlocked_ioctl	= uvc_v4l2_ioctl,

	.read		= uvc_v4l2_read,

	.mmap		= uvc_v4l2_mmap,

	.poll		= uvc_v4l2_poll,

};

UVC规格书一览

搜索下uvc Specification,链接在此,主要是USB_Video_Example 1.5.pdf和UVC 1.5 Class specification.pdf

先来看下USB_Video_Example 中的图

(七) UVC框架分析-LMLPHP

再来看下规格书的基本描述,参考链接,这个unit实际上就是一个个内部的功能模块,terminal是用于连接内外的功能模块.

Unit

Unit提供了基础模块来全面描述大部分的视频功能,一个Unit可以由一个或多个输入引脚和仅一个输出引脚(这里的每一个pin代表一个逻辑上的数据流) ,Unit可以通过pin引脚连接在一起,一个输出pin可以连接多个输入pin,但一个输入pin只能连接一个输出pin

(七) UVC框架分析-LMLPHP

Select Unit

这个就是多路选择unit

(七) UVC框架分析-LMLPHP

Processing Unit

处理Unit (PU)控制流经它的视频流图像属性。

User Controls

  • Brightness
  • Hue
  • Saturation
  • Sharpness
  • Gamma
  • Digital Multiplier (Zoom)

Auto Controls

  • White Balance Temperature
  • White Balance Component
  • Backlight Compensation
  • Contrast
  • Other

Gain

  • Power Line Frequency
  • Analog Video Standard
  • Analog Video Lock Status

Terminal

链接内外的功能模块,一个输入和一个输出

  • Input Terminal
  • Out Terminal
  • Camera Terminal 控制端点.有些设备可能没有
    • Scanning Mode扫描模式
    • Auto-Exposure Mode自动曝光模式
    • Auto-Exposure Priority自动曝光优先级
    • Exposure Time 曝光时间
    • Focus聚焦
    • Auto-Focus自动聚焦
    • Simple Focus简单聚焦
    • Iris红外
    • Zoom放大
    • Pan摇动
    • Roll滚动
    • Tilt倾斜
    • Digital Windowing数字窗口

总的来说就是一个摄像头,一定会有起码1个的VS视频流接口,但不一定有vs控制接口.通过VideoControl Interface来控制，通过VideoStreaming Interface来读视频数据，VC里含有多个Unit/Terminal等功能模块，可以通过访问这些模块进行控制，比如调亮度

APP使用UVC驱动过程

uvc_register_chains

	uvc_register_terms

		uvc_register_video

			uvc_video_init

			// 这里就是以前vivi中讲的 设置

			video_device_alloc

			vdev->v4l2_dev = &dev->vdev;

			vdev->fops = &uvc_fops;

			vdev->release = uvc_release;

			strlcpy(vdev->name, dev->name, sizeof vdev->name);

			//注册

			video_register_device(vdev, VFL_TYPE_GRABBER, -1);

APP调用过程

	open

		uvc_v4l2_open

	unlocked_ioctl

		uvc_v4l2_ioctl

			uvc_v4l2_do_ioctl

				case VIDIOC_QUERYCAP:

					.....

VIDIOC_QUERYCAP

	//通过 stream->type 来设置,这个type 应该是在设备枚举时设置

		if (stream->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;

VIDIOC_ENUM_FMT

	//通过 stream->format

	format = &stream->format[fmt->index];

VIDIOC_G_FMT

	// USB摄像头支持多种格式fromat, 每种格式下有多种frame(比如分辨率)

	uvc_v4l2_get_format(stream, arg)

		format = stream->cur_format;

		frame = stream->cur_frame;

		fmt->fmt.pix.pixelformat = format->fcc;

		fmt->fmt.pix.width = frame->wWidth;

		fmt->fmt.pix.height = frame->wHeight;

VIDIOC_TRY_FMT

	uvc_v4l2_try_format(stream, arg, &probe, NULL, NULL)

		/* Check if the hardware supports the requested format. */

		// 根据 stream中的format 来比较

		format = &stream->format[i]

		if(format->fcc == fmt->fmt.pix.pixelformat)

		/* Find the closest image size */

		//找到最接近的图像大小

VIDIOC_S_FMT

	uvc_v4l2_set_format(stream, arg)

		// 只是尝试把参数保存,并没有发起usb传输

		uvc_v4l2_try_format(stream, fmt, &probe, &format, &frame)

VIDIOC_REQBUFS

	uvc_alloc_buffers(&stream->queue, arg);

		vb2_reqbufs(&queue->queue, rb);

VIDIOC_QUERYBUF

	//查询buf

	uvc_query_buffer

		vb2_querybuf

			__fill_v4l2_buffer

mmap

	uvc_v4l2_mmap

		uvc_queue_mmap

			vb2_mmap

VIDIOC_QBUF

	uvc_queue_buffer

		vb2_qbuf

VIDIOC_STREAMON

	uvc_video_enable // 把所设置的参数发给硬件,然后启动摄像头

		uvc_queue_enable

			vb2_streamon

				q->streaming = 1;

		/* Commit the streaming parameters. */

		ret = uvc_commit_video(stream, &stream->ctrl);

			uvc_set_video_ctrl /* 设置格式fromat, frame */

				__uvc_query_ctrl

					usb_control_msg //usb传输

		//启动urb传输

		uvc_init_video

			uvc_video_stats_start(stream);

			uvc_init_video_isoc

					// 分配 设置 urb

					uvc_alloc_urb_buffers

					usb_fill_bulk_urb

					urb->complete = uvc_video_complete;  // usb传输完成的函数,这里应该会去唤醒uvc驱动

			/* Submit the URBs. */

			usb_submit_urb

urb传输完成函数.这里会有wakeup

uvc_video_complete

	stream->decode(urb, stream, buf);  //此函数搜索下

		stream->decode = uvc_video_decode_isight;

		stream->decode = uvc_video_decode_isoc;

			uvc_queue_next_buffer

				vb2_buffer_done

					wake_up(&q->done_wq);

poll

	uvc_v4l2_poll

		uvc_queue_poll

			vb2_poll

				poll_wait(file, &q->done_wq, wait);

						//这里会接着判断状态

						if (vb && (vb->state == VB2_BUF_STATE_DONE

						|| vb->state == VB2_BUF_STATE_ERROR)) {

						return (V4L2_TYPE_IS_OUTPUT(q->type)) ? POLLOUT | POLLWRNORM :

							POLLIN | POLLRDNORM;

VIDIOC_DQBUF

        uvc_dequeue_buffer

        	vb2_dqbuf

				list_del(&vb->queued_entry);

VIDIOC_STREAMOFF

        uvc_video_enable(video, 0);

			uvc_uninit_video

				usb_kill_urb(urb);

				usb_free_urb(urb);

分析设置亮度过程：

ioctl: VIDIOC_S_CTRL

            uvc_ctrl_set

            uvc_ctrl_commit

                __uvc_ctrl_commit(video, 0);

                    uvc_ctrl_commit_entity(video->dev, entity, rollback);

                			ret = uvc_query_ctrl(dev  /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, ctrl->entity->id  /* 哪一个unit/terminal */,

                				dev->intfnum /* 哪一个接口: VC interface */, ctrl->info->selector,

                				uvc_ctrl_data(ctrl, UVC_CTRL_DATA_CURRENT),

                				ctrl->info->size);

小结

1. UVC设备有2个interface: VideoControl Interface, VideoStreaming Interface

2. VideoControl Interface用于控制，比如设置亮度。它内部有多个Unit/Terminal(在程序里Unit/Terminal都称为entity)

   可以通过类似的函数来访问：

                			ret = uvc_query_ctrl(dev  /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, ctrl->entity->id  /* 哪一个unit/terminal */,

                				dev->intfnum /* 哪一个接口: VC interface */, ctrl->info->selector,

                				uvc_ctrl_data(ctrl, UVC_CTRL_DATA_CURRENT),

                				ctrl->info->size);

3. VideoStreaming Interface用于获得视频数据，也可以用来选择fromat/frame(VS可能有多种format, 一个format支持多种frame， frame用来表示分辨率等信 息)

   可以通过类似的函数来访问：

                    	ret = __uvc_query_ctrl(video->dev /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, 0,

                    		video->streaming->intfnum  /* 哪一个接口: VS */,

                    		probe ? VS_PROBE_CONTROL : VS_COMMIT_CONTROL, data, size,

                    		uvc_timeout_param);

4. 我们在设置FORMAT时只是简单的使用video->streaming->format[fmt->index]等数据，

   这些数据哪来的？

   应是设备被枚举时设置的，也就是分析它的描述符时设置的。

5. UVC驱动的重点在于：

   描述符的分析

   属性的控制: 通过VideoControl Interface来设置

   格式的选择：通过VideoStreaming Interface来设置

   数据的获得：通过VideoStreaming Interface的URB来获得
04-26 21:17
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