vb2_buffer结构探究

        看韦东山视频第三期摄像头驱动中构造了自己的vivi驱动，但是使用的videoBuf结构体，新的版本用的是vb2_buffer结构，我机器上（ubuntu12.04）使用的内核是linux3.2，看了看改动还是挺大的，自己看代码自己理解了下：

        首先是韦东山老师总结的摄像头驱动的架构如下

摄像头驱动程序必需的11个ioctl:

    // 表示它是一个摄像头设备

 .vidioc_querycap      = vidioc_querycap,

    /* 用于列举、获得、测试、设置摄像头的数据的格式 */

 .vidioc_enum_fmt_vid_cap  = vidioc_enum_fmt_vid_cap,

 .vidioc_g_fmt_vid_cap     = vidioc_g_fmt_vid_cap,

 .vidioc_try_fmt_vid_cap   = vidioc_try_fmt_vid_cap,

 .vidioc_s_fmt_vid_cap     = vidioc_s_fmt_vid_cap,

    /* 缓冲区操作: 申请/查询/放入队列/取出队列 */

 .vidioc_reqbufs       = vidioc_reqbufs,

 .vidioc_querybuf      = vidioc_querybuf,

 .vidioc_qbuf          = vidioc_qbuf,

 .vidioc_dqbuf         = vidioc_dqbuf,

 // 启动/停止

 .vidioc_streamon      = vidioc_streamon,

 .vidioc_streamoff     = vidioc_streamoff,

     

分析数据的获取过程：

1. 请求分配缓冲区: ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS          // 请求系统分配缓冲区

2. 查询映射缓冲区:  ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF         // 查询所分配的缓冲区 

3. 把缓冲区放入队列: ioctl(4, VIDIOC_QBUF             // 把缓冲区放入队列         

4. 启动摄像头  ioctl(4, VIDIOC_STREAMON 

5. 用select查询是否有数据  

6. 有数据后从队列里取出缓冲区  ioctl(4, VIDIOC_DQBUF

7. 应用程序根据VIDIOC_DQBUF所得到缓冲区状态，知道是哪一个缓冲区有数据    就去读对应的地址(该地址来自前面的mmap) 

对于架构都是一样的，有关于VB2_buffer 的主要是数据的获取过程， 根据韦东山老师的视频中分析步骤分析如下：

1，首先是创建并初始化一个vb2_queue结构体 ，

        static   struct vb2_queue    Myvivi_vb2_queue;

         struct vb2_queue  *q = &Myvivi_vb2_queue；

         q->type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  // 类型

         q->io_modes = VB2_MMAP | VB2_USERPTR | VB2_READ;  // 该队列支持的模式

         q->drv_priv = dev;  // 自定义模式

         q->buf_struct_size = sizeof(struct vivi_buffer);  // 将vb2_buffer结构体封装到我们自己的buffer中，此为我们自己的buffer的size

         q->ops = &vivi_video_qops;   

         q->mem_ops = &vb2_vmalloc_memops;     // 

        vb2_queue_init(q);

    其中vivi_video_qops 是 队列的操作函数，以后的REQBUFS 等请求会调用到此中的函数，其结构如下

static struct vb2_ops vivi_video_qops = {

 .queue_setup = queue_setup,   // 必须有，vb2_queue_init中会判断

 .buf_init = buffer_init,

 .buf_prepare = buffer_prepare,

 .buf_finish = buffer_finish,

 .buf_cleanup = buffer_cleanup,

 .buf_queue = buffer_queue,  // 必须有，vb2_queue_init中会判断

 .start_streaming = start_streaming,

 .stop_streaming = stop_streaming,

 .wait_prepare = vivi_unlock,

 .wait_finish = vivi_lock,

};

      其中vb2_vmalloc_memops用于有关此队列中mem分配问题，其中的函数一般不需要我们自己写，使用默认

const struct vb2_mem_ops vb2_vmalloc_memops = {

     .alloc = vb2_vmalloc_alloc,

     .put = vb2_vmalloc_put,

     .vaddr = vb2_vmalloc_vaddr,

     .mmap = vb2_vmalloc_mmap,

     .num_users = vb2_vmalloc_num_users,

};

2，初始化完成后，调用 VIDIOC_REQBUFS  请求系统分配缓冲区，该函数的调用过程如下

    vb2_reqbufs  ===》

            q->ops->queue_setup此函数允许我们的驱动函数自定义分配空间的大小

             __vb2_queue_alloc  分配vivi_buffer结构体的空间（缓存区头部信息）， 如果使用的是V4L2_MEMORY_MMAP类型则 调用==>__vb2_buf_mem_alloc  ==> q->mem_ops->alloc  即 vb2_vmalloc_alloc 分配空间，将分配的空间指向vb2_buffer->planes[0].mem_priv ,该指针保存着分配到的空间，该指针指向vb2_vmalloc_buf结构体

韦东山老师视频中讲的video_buf中，讲到在这不真正的分配空间，但是在vb2中此时却已经分配了空间，这是我的理解

3，查询映射缓冲区 VIDIOC_QUERYBUF , 返回实际上分配到的buffer，

      查询分配好的缓存区，返回v4l2_buffer结构，设置vb->state 

4，使用mmap

    vb2_mmap ==》q->mem_ops->mmap   即  vb2_vmalloc_mmap  用于映射，将上面分配好的vb2_buffer->planes[0].mem_priv指向的空间重映射到mmap参数中的用户空间

5，把缓冲区放入队列: VIDIOC_QBUF     

        vb2_qbuf    将 list_add_tail(&vb->queued_entry, &q->queued_list);    将vb2_buffer 放入队列q的queued_list中

        设置vb->state = VB2_BUF_STATE_PREPARED;

6，  启动摄像头    VIDIOC_STREAMON 

    vb2_streamon 

        q->streaming = 1;   

// 如果 q->queued_list 中部位空，即有qbuf没有被处理 调用__enqueue_in_driver （）

7, 用select查询是否有数据  会调用poll函数   

       vb2_poll   等待 q->done_list 中有数据，   

8， 怎样往 q->done_list 中添加数据呢 ？

每次调用qbuf 和 vidioc_streamon 时候都会查询，如果这两个条件都成立，则调用q->ops->buf_queue 将 核心中的vb2_buffer调如我们写的驱动中，放入一个列表，  在vivi中 周期性的调用函数向这个列表中的vb缓冲区中添加数据 即 向vb2_buffer->planes中添加数据 ，然后后调用  

vb2_buffer_done(&vb, VB2_BUF_STATE_DONE);  ==》 list_add_tail(&vb->done_entry, &q->done_list);  将vivi驱动 中的vb2 放入  q->done_list中 ，然后设置vb->state = VB2_BUF_STATE_DONE;

最后wake_up(&q->done_wq);  唤醒poll中休眠的进程。

9，调用VIDIOC_DQBUF， 从队列里取出缓冲区

        vb2_dqbuf  ==> __vb2_get_done_vb  将q->done_list 中的vb2_buffer中提出来，然后 将vb2_buffer中的v4l2_buffer信息返回，并将其从q->done_list 中删除

10，应用程序将数据取出来（mmap的空间）

总结：    

结构体如下 

struct vb2_buffer {

 struct v4l2_buffer v4l2_buf;    // 里面有该vb2中数据的信息

 struct v4l2_plane v4l2_planes[VIDEO_MAX_PLANES];

 struct vb2_queue *vb2_queue;

 unsigned int num_planes;

/* Private: internal use only */

 enum vb2_buffer_state state;

 struct list_head queued_entry;

 struct list_head done_entry;

 struct vb2_plane planes[VIDEO_MAX_PLANES];   // 存放实际数据的结构

};

struct vb2_queue {

 enum v4l2_buf_type type;

 unsigned int io_modes;

 unsigned int io_flags;

 const struct vb2_ops *ops;

 const struct vb2_mem_ops *mem_ops;

 void *drv_priv;

 unsigned int buf_struct_size;

/* private: internal use only */

 enum v4l2_memory memory;

 struct vb2_buffer *bufs[VIDEO_MAX_FRAME];

 unsigned int num_buffers;

 struct list_head queued_list;

 atomic_t queued_count;

 struct list_head done_list;

 spinlock_t done_lock;

 wait_queue_head_t done_wq;

 void *alloc_ctx[VIDEO_MAX_PLANES];

 unsigned int plane_sizes[VIDEO_MAX_PLANES];

 unsigned int streaming:1;

 struct vb2_fileio_data *fileio;

};

在vb2中细化了锁，并且将核心部分封装，使我们更容易使用。

与vb中有冲突的地方如下

1，结构中红色部分都为自己的数据，一般对于我们的驱动程序来说不要使用，因此使用vb2_buffer时候不能（也不需要）直接指定vb->state 的内容。 比如说通知数据完成只需要调用 vb2_buffer_done(&vb2, VB2_BUF_STATE_DONE); 即可，

2，对于vb2_buffer,没用供我们使用的list，因此如果要将vb可以放入list head，需要我们自己添加list ，例如

struct vivi_buffer {

     /* common v4l buffer stuff -- must be first */

     struct vb2_buffer vb;

     struct list_head list;

};

使用vb2，总结如下 

    1，调用vb2_queue_init 初始化队列  q 。

    2，调用reqbuf 时候会根据请求（v4l2_requestbuffers）分配vb2结构，并且加入到q->buf中

    3，调用querybuf时候，根据信息（v4l2_buffer）返回q->buf中对应的vb2_buffer的信息（ v4l2_buffer）

    4，mmap上面 信息对应的 vb空间到用户空间

    5，调用qbuf 时，将对应的vb2_buffer ( vivi_bufer->list )添加到  q-> queued_list 队列中

    6，使用select 调用poll 休眠等待 q->done_list 有数据

    7， 调用qbuf 和 vidioc_streamon 时候都会查询，如果这两个条件都成立，则调用q->ops->buf_queue 将 核心中的vb2_buffer调如我们写的驱动中，放入一个列表，然后等待（上面的poll过程休眠）我们的驱动程序将数据放入该vb2_buffer

    8， 数据存放完成后 调用vb2_buffer_done函数，即将上面有数据的vb2_buffer放入q->done_list中，然后唤醒上面poll休眠的进程

    9， poll唤醒后会调用dqbuf将q->done_list 中的vb2_buffer提出来后，将此vb2的信息（v4l2_buffer）返回

    10， 应用程序得到buffer信息后，就去对应的mmap后的用户空间中读数据。

以上为这次根据韦东山视频步骤对vivi程序的分析，如有错误，忘指出