【genius_platform软件平台开发】第五十五讲：Linux系统之V4L2视频驱动-ioctl函数代码详解

• v4l2视频驱动的一些命令都是通过ioctl函数来实现的，比如：VIDIOC_QUERYCAP、VIDIOC_QBUF、VIDIOC_DQBUF、VIDIOC_STREAMON、VIDIOC_STREAMOFF等

1. ioctl

1.1 什么是ioctl

• 概述： ioctl是设备驱动程序中对设备的 I/O通道进行管理的接口函数。

• 所谓对 I/O通道进行管理，就是对设备的一些特性进行控制，例如串口的传输波特率、马达的转速等等。

• 作用： 一个字符设备驱动通常会实现设备打开、关闭、读、写等功能，在一些需要细分的情境下，如果需要扩展新的功能，通常以增设 ioctl() 命令的方式实现。例：当你用 read，write不能完成某一功能时，就用 ioctl来操作。
  配合一些头文件（v4l2-controls.h / videodev2.h），根据命令，实现对摄像头的操作，如：白平衡、聚焦、曝光、饱和度、亮度…

#include   //需要引用的头文件

//参数一：文件描述符
//参数二：设备驱动命令，执行对应操作
//参数三：根据参数二变化
int ioctl(int fd, int cmd, ...) ;

1.1 v4l2_ioctl函数

• 只要是命令都会涉及到v4l2_ioctl方法的处理，源代码如下：

static long v4l2_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    // 
	struct video_device *vdev = video_devdata(filp);
	int ret = -ENODEV;

	if (vdev->fops->unlocked_ioctl) {
		struct mutex *lock = v4l2_ioctl_get_lock(vdev, cmd);

		if (lock && mutex_lock_interruptible(lock))
			return -ERESTARTSYS;
		if (video_is_registered(vdev))
			ret = vdev->fops->unlocked_ioctl(filp, cmd, arg);
			//关联文件为：./ambarella/kernel/linux-4.14/drivers/media/v4l2-core/v4l2-ioctl.c:2956:long video_ioctl2(struct file *file,
		if (lock)
			mutex_unlock(lock);
	} else
		ret = -ENOTTY;

	return ret;
}

1.2 video_ioctl2函数

v4l2-ioctl.c:文件的long video_ioctl2函数如下：

long video_ioctl2(struct file *file,
               unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
        return video_usercopy(file, cmd, arg, __video_do_ioctl);
        // 关联文件为：./ambarella/kernel/linux-4.14/include/media/v4l2-ioctl.h:711:long int video_usercopy(struct file *file, unsigned int cmd,
}

1.3 video_usercopy函数

v4l2-ioctl.c:文件的 video_usercopy函数：

long video_usercopy(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg, v4l2_kioctl func)
{
     ...
	// 前面都是一些检查，发现是写命令则把数据从用户空间拷贝到内核空间
	      if (copy_from_user(parg, (void __user *)arg, n))
	              goto out;
	...
    /* Handles IOCTL */
     err = func(file, cmd, parg);
}

1.4 __video_fo_ioctl函数

static long __video_do_ioctl(struct file *file,
		unsigned int cmd, void *arg)
{
	...
	default_info.ioctl = cmd;
	default_info.flags = 0;
	default_info.debug = v4l_print_default;
	info = &default_info;
	...
    // 重点执行下面的函数指针
	write_only = _IOC_DIR(cmd) == _IOC_WRITE;
	if (info->flags & INFO_FL_STD) {
		typedef int (*vidioc_op)(struct file *file, void *fh, void *p);
		const void *p = vfd->ioctl_ops;
		const vidioc_op *vidioc = p + info->u.offset;

		ret = (*vidioc)(file, fh, arg);
	} else if (info->flags & INFO_FL_FUNC) {
		ret = info->u.func(ops, file, fh, arg);
	} else if (!ops->vidioc_default) {
		ret = -ENOTTY;
	} else {
		ret = ops->vidioc_default(file, fh,
			vfh ? v4l2_prio_check(vfd->prio, vfh->prio) >= 0 : 0,
			cmd, arg);
	}

	return ret;
}

• v4l2驱动复杂就在这些 ioctl 上，下面按照应用层与驱动的交互顺序来具体的分析这些 ioctl 。

2. ioctl 流程深入分析

应用空间的一个视频 app 与驱动的交互流程大致如下图所示