USB摄像头驱动程序分析

uvc驱动程序主要位于3.42内核\drivers\media\video\uvc文件夹中。由于本身十分复杂，在此只做简单分析。
在这里插入图片描述这幅图来源于UVC的规格书。可以看到一个完整的UVC设备主要分为两个部分：
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。

分析UVC驱动调用过程

在uvc_v4l2.c中，有：

const struct v4l2_file_operations uvc_fops = {.owner		= THIS_MODULE,.open		= uvc_v4l2_open,.release	= uvc_v4l2_release,.unlocked_ioctl	= uvc_v4l2_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT.compat_ioctl32	= uvc_v4l2_compat_ioctl32,
#endif.read		= uvc_v4l2_read,.mmap		= uvc_v4l2_mmap,.poll		= uvc_v4l2_poll,
#ifndef CONFIG_MMU.get_unmapped_area = uvc_v4l2_get_unmapped_area,
#endif
};

通过以上这些函数接口实现应用程序的系统调用。
下面一个一个分析：

open:
uvc_v4l2_open

ioctr:下面的调用通过uvc_v4l2_ioctl函数实现的：

VIDIOC_QUERYCAP // video->streaming->type 应该是在设备被枚举时分析描述符时设置的

		if (video->streaming->type == V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE)cap->capabilities = V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE| V4L2_CAP_STREAMING;elsecap->capabilities = V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT| V4L2_CAP_STREAMING;

VIDIOC_ENUM_FMT // format数组应是在设备被枚举时设置的

 format = &video->streaming->format[fmt->index];

VIDIOC_G_FMT //这个ioctr命令就是为了获取UVC设备支持的format和frame并返回
uvc_v4l2_get_format // 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)

            	struct uvc_format *format = video->streaming->cur_format;struct uvc_frame *frame = video->streaming->cur_frame;

VIDIOC_TRY_FMT //对比用户设置的默写参数UVC设备是否支持
uvc_v4l2_try_format

     /* Check if the hardware supports the requested format. *//* Find the closest image size. The distance between image sizes is* the size in pixels of the non-overlapping regions between the* requested size and the frame-specified size.*/

VIDIOC_S_FMT // 只是把参数保存起来，还没有发给USB摄像头

        uvc_v4l2_set_formatuvc_v4l2_try_formatvideo->streaming->cur_format = format;video->streaming->cur_frame = frame;

VIDIOC_REQBUFS //申请缓冲区

        uvc_alloc_buffersfor (; nbuffers > 0; --nbuffers) {mem = vmalloc_32(nbuffers * bufsize);if (mem != NULL)break;}

VIDIOC_QUERYBUF //查询已经分配完成的buf

uvc_query_buffer__uvc_query_buffermemcpy(v4l2_buf, &buf->buf, sizeof *v4l2_buf);  // 复制参数

mmap

	uvc_v4l2_mmap

//之前的操作，在内核空间中申请了buffer空间，但是在进一步的操作过程中，对内核空间内存的读写需要涉及到相对复杂的操作，因此需要将分配的buffer空间映射到用户空间当中。

VIDIOC_QBUF //将buffer放在队列当中，有数据再将buffer取出来

        uvc_queue_bufferlist_add_tail(&buf->stream, &queue->mainqueue);list_add_tail(&buf->queue, &queue->irqqueue);

VIDIOC_STREAMON

        uvc_video_enable(video, 1)  // 把所设置的参数发给硬件,然后启动摄像头/* Commit the streaming parameters. */uvc_commit_videouvc_set_video_ctrl  /* 设置格式fromat, frame */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);/* 启动：Initialize isochronous/bulk URBs and allocate transfer buffers. */uvc_init_video(video, GFP_KERNEL);uvc_init_video_isoc / uvc_init_video_bulkurb->complete = uvc_video_complete; (收到数据后此函数被调用,它又调用video->decode(urb, video, buf); ==> uvc_video_decode_isoc/uvc_video_encode_bulk => uvc_queue_next_buffer => wake_up(&buf->wait);)usb_submit_urb

poll //等待数据发生，等待过程中处于休眠状态

       uvc_v4l2_poll            uvc_queue_pollpoll_wait(file, &buf->wait, wait);  // 休眠等待有数据

VIDIOC_DQBUF //将buffer重新放回队列当中等待数据接收
uvc_dequeue_buffer
list_del(&buf->stream);
VIDIOC_STREAMOFF
uvc_video_enable(video, 0);
usb_kill_urb(urb);
usb_free_urb(urb);

分析设置亮度过程：

ioctl: VIDIOC_S_CTRLuvc_ctrl_setuvc_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);

总结：

UVC设备有2个interface: VideoControl Interface, VideoStreaming Interface
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);
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);
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。
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