基于Video4Linux的摄像头驱动设计

1、基于video4linux的摄像头驱动设计随着多媒体技术、网络技术的迅猛进展和后pc机时代的到来，利用嵌人式系统实现远程、可视电话和视频会议等应用已成为可能。为了实现这些应用，实时获得视频数据是一个重要环节。针对这一点本文在系统平台上，基于video4(简称v4l)技术，实现了摄像头驱动开发，具体讲述了v4l技术和摄像头在blackfin536 平台上的linux驱动程序设计。1 video4linuxv4l是linux的影像串流系统与嵌入式影像系统的基础。linux在tv、多媒体上的应用是目前相当热门的讨论领域，而其中最关键的技术则是linux的v4l。v4l是linux kernel里支持

2、影像设备的一组apis，协作适当的摄像头与摄像头驱动程序，可以让我们实现影像采集、amfm无线广播、影像codec、频道切换等功能；而目前最主要的则是应用在影像串流系统与嵌入式影像系统里，其应用范围相当广泛，例如：远距离教学系统、远距离诊断系统、视频会议等。目前，v4l这套接口已进展为v4l 2，前者比后者容易，但存在两个不足之处：驱动程序设计时不能同时打开多个设备；现存的v4l api不能很好地支持带编码能力的设备。本文为便于讨论摄像头驱动开发，还是用法v4l。v4l主要结构体如下：camera_open，camera_close是打开和关闭视频采集设备；camera_read，是读取视频图

3、像；视频驱动主要的控制接口都是通过 ioctl来实现的，像的格式、亮度、色度等信息都是通过ioctl函数猎取和设置的。ioctl指令部分如下：v4l支持两种方式捕捉图像：mmap(却嬗成浞绞?和read(挺直读取方式)，本系统采纳mmap。需预先设置好图像的大小和深度，接着用法 vidiocgmbuf指令，它会返回用于mmap的缓存(buffer)的大小以及每帧缓存的偏移地址(offset)。驱动程序里的映射函数为 static intbf536_v411_mmap(struct file*filp，structvm_area_struct*vma)；抓帧完成后，在应用程序里通过内存映射，读取

4、图像数据。2 硬件平台本系统采纳模拟，经ti公司的tvp5150a视频解码芯片把模拟信号转成 itu-r bt656视频信号，再送给公司的blackfin536 dsp处理器举行图像处理，1所示。tvp5150向dsp提供采样时钟信号clk(27mhz)，8根数据线传输内嵌同步控制码流的itu-r bt656格式的数据，dsp通过i2c接口对视频举行配置。视频数据由dma搬运到sdram。3 驱动程序设计31 驱动程序核心结构体的介绍本系统的软件平台是嵌入式uclinux，因此，摄像头作为一个设备驱动加载到uclinux内核中。普通而言，每个设备驱动都会有它的核心结构体，摄像头驱动的核心结构体

5、设计如下：struct camera device该结构体储存了几乎所有与摄像头视频图像相关的信息。其中的结构体videodev和videov4l1是与v4l相关联的，ppidev是与adsp- bf537处理器硬件配置相关的，而framecamera_numframes则与采集时当前视频帧数据相关联。此外，camera_device 该核心结构体还定义了表示奇偶场的成员变量frame_field，表示当前帧的抓取状态的成员变量grabbing等。32 硬件配置本系统在开发过程中，最主要的难点在于硬件的配置，正确配置tvp5150、ppi、dma需要搞清晰囫囵摄像头的工作原理，以及各种图像格式

6、的基本学问。本文主要给出ppi和dma的几个关键配置选项。321 ppi配置tvp5150a视频解码芯片把模拟信号转换成itu-rbt656视频信号，itu-r bt65*：2：2并行接口的数字演播室标准。对于pal制系统(ntsc系统类似)，一帧图像包括两场视频数据(奇偶场)，每一场图像由四部分构成：有效视频数据，水平消隐，垂直消隐以及控制字。而ppi接口在itu-656输入模式下可以支持3种数据传输，若挑选有效视频数据，则可以实现ppi 与tvp5150a解码器的无缝衔接。且传输的有效视频数据就是uyvy422格式，所以配置ppi控制寄存器为itu-656输入、传输有效视频数据。 ppi传

7、输的有效视频数据每场都由288行组成，每行有1440个取样字，其中720个亮度y取样字，360个蓝色色差cb，360个红色色差cr，按 cb、y、cr、y的次序罗列。而uyvy422格式数据是：每个像素点都取亮度值，而蓝色色差和红色色差是每两个像素点才各取一个，两者交替取，所以图像像素是720×576。这样可以确定ppi frame=576(整幅图像的行数)。而ppi count不用配置，由于在itu-r bt656视频信号中有h和v信号。322 dma配置本系统采纳二维dma来提高数据的传输速度，采纳16位传输，且传输完一场视频数据后产生中断。dma_x_count=720(相当于

8、每行数据需传输的次数，每行720个像素点，每个像素点2个字节。每行要传720×2个字节，而dma是16位传输，所以x_count=720)。 dma_x_modify=2(相邻两次传输数据的偏移地址，以字节为单位，由于是16位传输，所以为2)。因为pal制视频数据是隔行扫描，每帧分为奇偶两场，两场在时域上是分开的，但是在数据处理时需要将两场合成一帧举行处理，因此为了削减cpu的处理时光，可以利用dma挺直举行场合成。在一场的传输中，dma在传输完一行数据后，预留下一行的存储空间，将数据存放到第三行的地址。在一场数据传输完后，下一场的数据就填充上一场预留的存储空间，也是隔行存储，这样两场数据就合成一帧数据了。所以，dma_y_modify=1442(一行720像素点，占720×2字节。而一行末地址到下一行首地址还需2字节。所以720×2+2=1442)。同时，两场数据存放的起始地址的设置间隔也是1442字节。33 中断服务子程序本系统的中断服务子程序主要是一场数据采集完后，产生中断，并按照数据的奇偶场做出相应的处理。其流程2所示。4 结束语本文介