Linux之V4L2基础编程-内存映射

1、Linux之V4L2基础编程之内存映射:一、槪述Linux1!1操作一个设备一般都是打开(open),读取(read)和关闭(close)。使用Read的大多是一些字符型设备，然而对于显示屏或者摄像头这种字符设备而已，挨个字的读写将使得系统调用变得频繁，众所周之，系统调用对于系统而已是个不小的开销。于是有内存映射(mmap)等物，木例中将讲述在Linux下开发摄像头的一般过程以及使用Qt进行界面开发的实例。V4L2支持内存映射方式(mmap)和直接读取方式(read)來采集数据，前者一般用于连续视频数据的采集.后者常用于静态图片数据的采集。二、使用mmap方式获取摄像头数据的方式过程一般为：V

2、4L2采集视频操作基木按照打开视频设备、设宜视频格式、启动视频采集.循环处理视频数据、停止视频采集.关闭视频设备.具体操作通过ioctl等函数來实现。一般操作流程如下：L打开视频设备文件intfd=open(*/dev/videoO*O.RDWR);査询视频设备的能力，比如是否具有视频输入，或者音频输入输出等。ioctl(fd_v41,VIDIOC_QUERYCAP,4cP)设置视频釆集的参数：设置视频的制式.制式包括PAL/NTSC.使用VIDIOC.S.STD,&std.id)设置视频图像的采集窗口的大小，使用ioctl(fd41,VIDIOC.S.CROP,ftcrop)设置视频幀格式，

3、包括恢的点阵格式，宽度和高度等，使用ioctl(fd_v41,VIDIOC.SJVT,4fmt)设置视频的帧率，使用ioctl(fd.v41,VIDIOC.S.PARM,iparm)设置视频的旋转方式，使用ioctl(fLv41,VIDIOC.S.CTRL,4ctrl)向驱动申请视频流数据的帧缓冲区请求/申请若干个祯缓冲区，一般为不少于3个，使用ioctl(fd_v41,VIDIOC.REQBUFS,fareq),査询帧缓冲区在内核空间中的长度和偵移址ioctl(fd_v41,VIDIOC.QUERYBUF,4buf)应用程序通过内存映射，将帧缓冲区的地址映射到用户空间，这样就可以直接操作采集

4、到的帧了，而不必去复制.buffersi,start=mmap(NULL,buffersi.length,PROT.READ|PROT.WRITE,MAP-SHARED,fv41,buffersi.offset);&将申诸到的祯缓冲全部放入视频釆集输出队列，以便存放采集的数据.ioctl(fLv41,VIDIOC_QBUF,&buf)7.开始视频流数据的采集.ioctl(fd_v41,VIDIOC.STREAMON,Atype)&驱动将采集到的一帧视频数据存入输入队列第一个帧缓冲区，存完后将该帧缓冲区移至视频采集输出队列.应用程序从视频采集输出队列中取出已含有采集数据的祯缓冲区.ioctl(f

5、d_v41,VIDIOCJXJBUF,4buf),应用程序处理该帧缓冲区的原始视频数据.处理完后.应用程序的将该帧缓冲区重新排入输入队列，这样便可以循环采集数据ioctl(fLv41,VWIOC.QBUF,4buf)M复上述步骤8到10,直到停止采集数据。停止视频的采集。ioctl(fd_v41,VIDIOCSTREAMOFF,itype)释放申请的视频祯缓冲区unnap,关闭视频设备文件close(fd_v41)以上的程序流程，包含了视频设备采集连续的视频数据的逻辑关系。而在实际运用中往往还要加入对视频数据进行处理(如圧缩编码)的工作.否则.视频流数据虽相当大，需要很大的存储空间和传输带宽。

6、Mmap就是所谓内存映射。很多设备带有自己的数据缓冲区，或者驱动木身在内核空间中维护一片内存区域.为了让用户空间程序安全地访问，内核往往要从设备内存或者内核空间内存复制数据到用户空间。这样一來便多了复制内存这个环节，浪费了时间。因此mmap就将目标存储区域映射到一个用户空间的一片内存.这样用户进程访问这片内存时，内孩将自动转换为访问这个目标存储区。这种转换往往是地址的线性变化而已(很参设备的存储空间在所谓外闌总线地址空间(X86)或者总的地址空间(ARM)上都是连续的)，所以不必担心其转换的效率。三、打开设备并进行错误检査staticintopen_cam(void)intfd=-1;stru

7、ctstatst:if(-1=stat(cam_name&st)fprintf(stderr,Cannotidentify弔s:策d,%sn：cam_name,errno,strerror(errno):exit(EXIT.FAILURE):if(!S_ISCHR(st.st.mode)fprintf(stderr,%sisnodevicen,cam_name):exit(EXIT.FAILURE):fd=open(cam_name,O_RDWR/*required/0_NONBL0CK0):if(-l=fd)fprintf(stderr,Cannotopen飞s:%d,%sn*,cam_na

8、meterrno,strerror(errno):returnfd:四、获取设备信息/*衬*ioctl(fd,VIDIOCQUERYCAP,&cap),这个ioctl函数用來确认这个设备是否和内核驱动相兼容.如果不兼容则返回EINVAL,并且获収这个摄像头的相关性能参数。if(!(cap.capabilities&V4L2_CAPJrIDEO_CAPTURE),获取摄像头参数后判断这个设备是否是videocapturedevice。if(!(cap.capabilities&V4L2_CAP_STREAMING)判断这个设备是否支持视频流方式。*/structv412_capabilityca

9、pif(ioctl(fd,VIDIOC.QUERYCAP,&cap)=FAILURE)printf(ErrorinVIDIOC.QUERYCAPofdevice%snz；CAPTURE.DEVICE):elseif(!(cap.capabilities&V4L2_CAP_VIDEO_CAPTVRE)printf(z，%sisnovideocapturedevicenzCAPTURE_DEVICE):elseprintfC%sisavideocapturedevicen*,CAPTURE_DEVICE);if(!(cap.capab订ities&V1L2_CAP_READWRITE)printf

10、(z，Itcannotreadn):elseprintfCltcanreadn*):if(!(cap.capabilities&V4L2_CAP_STREAMING)printf(Itcannotstreamingn);elseprintfCltcanstreamingn);)五.査询或设置视频的制式或者帧格式/*衬*设迢视频的制式和帧格式，制式包括PAL,NTSC,帧的格式个包括宽度和高度等。査询并显示所有支持的格式：VIDIOC_ENUM_FMT査看或设迢出前格式：VIDIOC_G_FMT,VIDIOC.S.FMT检査是否支持某种格式：VIDIOC_TRY_FMT衬*衬*衬*申*申*衬*申

11、*衬*衬*衬*衬*枠*衬*衬*衬*衬*衬*申*衬/structv412_formatfmt:memset(&fmt,0,sizoef(fmt);fmt.type=Y4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTl；RE;fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_NOW;/采样灸刘，如YUV1:2:2fmt.fmt.pix.field=V4L2_FIELD_N0NE;/采样区域，如隔行采样；fmt.fmt.pix.width=D1_WIDTH;fmt.fmt.pix.height=Dl.HEIGHT;printf(VIDIOC.S.FMT:setformattob

12、eVlL2_PIX_FMT_UYVYn);if(ioctl(fd,VIDIOC.S.FMT,&fmt)=FAILURE)printf(ErrorinVIDIOC_S_FMTn);returnFAILURE;elseprintf(width=%dn,fmtfmtpixwidth);printf(height=%dn,fmtfnrtpixheight);if(fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_N0W)printf(Format=WL2_PIX_FMT_RGB565n);elseprintf(Nottherightformatn);Ax设置视频采集的帧率结构体

13、v412_streamparm來描述视频流的属性，它由type和共用体pann构成。type同上，由于选的是V4L2_BUF_TYPE_VIOEO_CAPTURE.所以仅需设定parm中的v412_capturepann型结构体capture即可。在其中，v412_fract型结构体timeperframe表示平均每一帧所占的时间，由其元素numerator和denominator共同抉定，该时长为numerator/denominator分母是需要设定的帧率，而分子是1。而capturemode则表示采集模式.采集高质量图片值为般设为0。賦值之后，用ioctl函数通过这个结构体对fd_v41

14、2进行设苣nstructv412_streamparmenumv412_buf_typetype;unionstructv412_captureparmcapture;structv412_outputparmoutput;_u8raw_data200;/*user-defined*/；parm;注：这里补充一点streamparam方面的spec：一般來说当前的帧率是由当前的视频标准來决定的，如果默认采用视频标准的帧率就不需要设宜流参数，但是如果想获得或者设定自己的帧率就需要使用VIDIOC.G.PARM,VIDIOC_S_PARM：intioctl(intfd,intrequest,v41

15、2_streamparm*argp);structv412_stramparam包含以下主要成员：enumv412_buf_typetypeunionparamstructv412_captureparmcapturestructv412outputparamoutput婆注总的是在这里.不管是overaly还是capture,这里的buffertype都是选择的V4L2_BUF_TYPE_VIDE0_CAPTURE.structv412captureparam包含以下主要成员：_u32capturemode/是否支持高质址图像捕捉structv412fracttimeperframe/设宜帧

16、率.通过分母分子实现这里要注意的是，通过VIDIOC.S.PARM设置帧率不一定成功.driver会根据锁件限制來设置这些参数，所以一般设置以后可以通过VIDIOC_G_PARM來看设定是否成功。/*衬*设迢视频采集的帧率及采集模式*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬/structv412_streamparmparm;parm.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDE0_CAPTURE:parmparm.capture.timeperframe.numerator=1;parm.parm.capture.timeperframe.denominato

17、r=30;parm.parm.capturecapturemode=1:if(ioctl(fd,VIDIOC.S.PARM,&parm)0)printfCVIDIOC.S.PARMfailedJ;returnFAILURE;if(ioctl(fd,VIDIOC.G.PARM,&parm)0)printf(ErrorVIDIOC_S_PARMn):returnFAILURE;printf(streamparm：ntnumeratordXnXtdenominatoridXnXtcapturemodeidXnXn,parm.parmcapturetimeperframenumerator,parm.

18、parmcapturetimeperframedenominator,parm.parmcapturecapturemode);七、向驱动申请帧缓冲(一)向设备驱动申请缓冲区VIDIOCJ(EQBUFS/*请求一定数:的缓冲区。但是不一定能请求到那么多。据体还得看返回的数址。这里请求了NUM_BUFS_CAP块缓存区.并将其类空设为MMAP型。向驱动申请帧缓冲区的请求，里面包含申请的个数：*/structv412requestbuffersreq;memset(&req,0,sizeof(req);reqbuf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;reqbuf.m

19、emory=V4L2JEMORY.MMAP;reqbuf.count=NUM_BUFS_CAP;f(FAILURE=ioctl(fd,VIDIOC.REQBUFS,&reqbuf)/VIDIOC_REQBUFS：分配内存if(errno=EINVAL)printf(Videocapturingormmapstrearningisnotsupportedn):elseperror(VIDIOC.REQBUFS);returnFAILURE;printf(successinVIDEO_REQBUFSn);if(reqbufcount1)printf(NotenoughbuffermemoryXn)

20、;returnFAILURE;”printf(reqbufcountisbiggerthan1)；获取缓冲帧的地址及长度/*函数：void*calloc(unsignedn,unsignedsize):功能：在内存的动态存储区中分配n个长度为size的连续空间，函数返回一个指向分配起始地址的指针：如果分配不成功，返回NULL。获取缓冲区的信息在操作之前，我们必须婆能记录下我们申请的缓存区，并在最后使用munmap释放它们。这里使用结构体：typedefstructImgBuffer_u8*start;size_tlength;ImgBuffer;以及buffer数虽intnumBufs來表示*

21、衬*衬*衬*申*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬*衬/imgBuffers=(ImgBuffer*)calloc(reqbufcount,_ieof(*imgBuffers):if(imgBuffers=NULL)printf(Failedincallocn);returnFAILURE;”printf(successincallocn);/*获取缓冲帧的地址，长度：VIDIOC.QUERYBUF功能：査询已经分配的V4L2的视频缓冲区的相关信息，包括视频缓冲区的使用状态.在内核空间的偏移地址、缓冲区长度等。在应用程序设计中通过调VIDIOC.QUERYBUF來获取内孩空间的

22、视频缓冲区信息，然后调用函数mmap把内核空间地址映射到用户空间.这样应用程序才能够访问位于内核空间的视频缓冲区。参数说明：参数类型为V4L2缓冲区数据结构类型structv412_buffer：返回值：执行成功时，函数返回值为0：structv412_buffer结构体变:fi中保存了指令的缓冲区的相关信息：一般情况下，应用程序中调用VIDIOC.QUERYBUF取得了内核缓冲区信息后，紧接着调用mmap函数把内核空间地址映射到用户空间.方便用户空间应用程序的访问。*/structv412_bufferbuffer;/structv412_buffer:代表驱动中的一帧for(numBufs

23、=0;numBufsreqbufcount:numBufs+)memset(&buffer,0,sizeof(buffer);buffer.type=reqbuftype;buffer,memory=V4L2_MEM0RY_MMAP;bufferindex=numBufs;bufferisinthekernelspace,imgBuffersintheuserspaceif(FAILURE=ioctl(fd,VIDIOC.QUERYBUF,buffer)perror(VIDIOC.QUERYBUF);returnFAILURE;printf(successinVIDEOQUERYBUFnzz);printf(bufferlength=%dn,bufferlen