LINUX摄像驱动三:从零开始写虚拟驱动

重大问题1
遇到insmod myvivi.ko不通过
原因是前面的视频没有好好看并且操作,现在补回来

测试虚拟摄像头vivi:
1. 确实ubuntu的内核版本
uname -a
Linux book-desktop 2.6.31-14-generic #48-Ubuntu SMP Fri Oct 16 14:04:26 UTC 2009 i686 GNU/Linux
2. 去www.kernel.org下载同版本的内核
https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/
解压后把drivers/media/video目录取出
修改它的Makefile为:

KERN_DIR = /usr/src/linux-headers-2.6.31-14-generic

all:
        make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules

clean:
        make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
        rm -rf modules.order

obj-m   += vivi.o
obj-m   += videobuf-core.o
obj-m   += videobuf-vmalloc.o
obj-m   += v4l2-common.o

3、 make
4、
sudo insmod videobuf-core.ko
sudo insmod videobuf-vmalloc.ko
sudo insmod v4l2-common.ko
发现在这里编译不通过!浪费我一晚上的时间;
解决方法:
sudo modprobe vivi
sudo rmmod vivi
sudo insmod ./vivi.ko
先安装Ubantu里面自带的vivi程序,它会把它所依赖的驱动程序安装进来

sudo rmmod vivi.ko

6、ls /dev/video*
7、xawtv -c /dev/videoX
假如你自己写的myvivi.ko编译出来之后,对应的是video1
那么就使用xawtv -c /dev/video1

video_ioctl2
这是v4l2-ioctl.c提供的默认的标准的ioctl,最终就会调用到 我们在init函数里面所设置的结构体:myvivi_device->ioctl_ops = &myvivi_ioctl_ops;

1、函数里面定时器的问题:
add_timer 在哪里add呢?建议在open函数里面,由于我们写驱动程序的规则,这些资源只有在我们真正用到的时候才会去分配;
先定义该结构体:
static struct timer_list myvivi_timer
在open函数里面:
myvivi_timer.expires = jiffies + 1;
add_timer(&myvivi_timer);
在close函数里面:
del_timer(&myvivi_timer);
在Init函数里面:
/* 用定时器产生数据并唤醒进程 */
init_timer(&myvivi_timer);
myvivi_timer.function = myvivi_timer_function;
然后就是编写function函数,这个function完成了很多工作,显示的主要工作都是在myvivi_fillbuff()这个函数里面完成的!

function函数:
1. 构造数据: 从队列头部取出第1个videobuf, 填充数据
1.1 从本地队列取出第1个videobuf
Garmen:这个函数就是从队列头部取出第一个video_buf
vb = list_entry(myvivi_vb_local_queue.next,struct videobuf_buffer, queue);
然后进行判断
A:该队列头是否为空
B:是否有人在等待这个缓冲区。在done这个位置,估计是判断它有无被设置
如果都不成立 goto out;

1.2 填充数据
vbuf = videobuf_to_vmalloc(vb)
myvivi_fillbuff(vb);
主要是用了myvivi_fillbuf()函数,这个函数需要我们另自编写
Garmen:主要是这个状态要进行设置,不然会出错
vb->state = VIDEOBUF_DONE;

1.3 把videobuf从本地队列中删除
list_del(&vb->queue);

2. 唤醒进程: 唤醒videobuf->done上的进程
wake_up(&vb->done);

3. 修改timer的超时时间 : 30fps, 1秒里有30帧数据:每1/30 秒产生一帧数据
mod_timer(&myvivi_timer, jiffies + HZ/30);

2、函数队列的问题
①:先讲本地队列
构造一个本地队列头:static struct list_head myvivi_vb_local_queue;
在初始化Init函数里面**进行初始化:**INIT_LIST_HEAD(&myvivi_vb_local_queue);

myvivi_buffer_queue函数里 :
把videobuf放入本地一个队列尾部 ,定时器处理函数就可以从本地队列取出videobuf
list_add_tail(&vb->queue, &myvivi_vb_local_queue);

timer_function函数里:
从本地队列取出第1个videobuf

完成填充数据的操作后

A: 把videobuf从本地队列中删除
list_del(&vb->queue);
B: 唤醒进程: 唤醒videobuf->done上的进程
wake_up(&vb->done);

这样一来我们的videobuf就可以拿到本地进行编写填充数据,完了之后再放虎归山了!

②:
队列操作1:进行定义
static struct videobuf_queue myvivi_vb_vidqueue;

队列操作2::初始化
在open函数里面进行初始化:
用videobuf_queue_vmalloc_init函数进行队列

videobuf_queue_vmalloc_init(&myvivi_vb_vidqueue, &myvivi_video_qops,
                 NULL, &myvivi_queue_slock, V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE, V4L2_FIELD_INTERLACED,
                 sizeof(struct videobuf_buffer), NULL);

倒数第2个参数是buffer的头部大小,第四个函数是自旋锁,我们要事先定义它

这个函数的第四个参数是slock:自旋锁
定义:static spinlock_t myvivi_queue_slock;
初始化:在入口函数进行初始化,队列的定义/初始化一个队列(会用到一个spinlock)
spin_lock_init(&myvivi_queue_slock);

这个函数值得深究!
既然是初始化,肯定就要有一系列相关的初始化操作。第二个参数就是对video的初始化操作

包含四个函数

        .buf_setup      = myvivi_buffer_setup, /* 计算大小以免浪费 */
        .buf_prepare    = myvivi_buffer_prepare,
        .buf_queue      = myvivi_buffer_queue,
        .buf_release    = myvivi_buffer_release,

四个函数官方解释为:

  /* 参考documentations/video4linux/v4l2-fram ework.txt:
 *     drivers\media\video\videobuf-core.c
 ops->buf_setup   - calculates the size of the video buffers and avoid they
            to waste more than some maximum limit of RAM;
 ops->buf_prepare - fills the video buffer structs and calls
            videobuf_iolock() to alloc and prepare mmaped memory;
 ops->buf_queue   - advices the driver that another buffer were
            requested (by read() or by QBUF);
 ops->buf_release - frees any buffer that were allocated.
 *

我自己的理解:
Garmen1:buf_setup在videobuf_reqbufs被调用,q->ops->buf_setup(q, &count, &size);
来确定这个conut和size,就是你想分配多少个buf,每个buf多大,通过这个函数重新计算,以免浪费
Garmen2:buf_prepare在videobuf_qbuf中retval = q->ops->buf_prepare(q, buf, field);
Garmen3:通知驱动程序说应用程序正在请求数据
Garmen4:APP不再使用队列时, 用它来释放内存

再值得研究的就是vivi_buffer_prepare函数
里面主要做的事情有:
0、设置videobuf
1、 做些准备工作
2、调用videobuf_iolock为类型为V4L2_MEMORY_USERPTR的videobuf分配内存
注意!在这个vivi.c里面我们用不着,不用这个函数进行分配,这个分配内存的代码段我们是设置不工作的

3、设置状态
vb->state = VIDEOBUF_PREPARED;

还有.buf_queue
/* APP调用ioctl VIDIOC_QBUF时:
* 1、先调用buf_prepare进行一些准备工作
* 2、 把buf放入stream队列
* 3、 调用buf_queue(起通知、记录作用)
*/
里面有两条参数:
vb->state = VIDEOBUF_QUEUED;
把videobuf放入本地一个队列尾部 。定时器处理函数就可以从本地队列取出videobuf
list_add_tail(&vb->queue, &myvivi_vb_local_queue);

队列操作3:注销
在close函数中进行注销:
videobuf_stop(&myvivi_vb_vidqueue);
videobuf_mmap_free(&myvivi_vb_vidqueue);
队列操作4:Poll机制
videobuf_poll_stream(file, &myvivi_vb_vidqueue, wait);
队列操作5:请求系统分配缓冲区
videobuf_reqbufs(&myvivi_vb_vidqueue, p)
队列操作6:查询所分配的缓冲区
videobuf_querybuf(&myvivi_vb_vidqueue, p)
队列操作7:根据前面分配的缓冲区的信息得出缓冲区大小,进行分配
videobuf_mmap_mapper(&myvivi_vb_vidqueue, vma);
队列操作8:将缓冲区放入队列
videobuf_qbuf(&myvivi_vb_vidqueue, p)
队列操作9:将缓冲区从队列中取出
videobuf_dqbuf(&myvivi_vb_vidqueue, p, file->f_flags & O_NONBLOCK));
队列操作10:启动
videobuf_streamon(&myvivi_vb_vidqueue)
队列操作11:关闭
videobuf_streamoff(&myvivi_vb_vidqueue);

自己编写的vivi:myvivi.c

/* 仿照vivi.c */
#include <linux/module.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/pci.h>
#include <linux/random.h>
#include <linux/version.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/videodev2.h>
#include <linux/dma-mapping.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/highmem.h>
#include <linux/freezer.h>
#include <media/videobuf-vmalloc.h>
#include <media/v4l2-device.h>
#include <media/v4l2-ioctl.h>


static struct v4l2_format myvivi_format;

/* 队列操作1: 定义 */
static struct videobuf_queue myvivi_vb_vidqueue;
static spinlock_t myvivi_queue_slock;

//Garmen:进行本地队列结构体设置
static struct list_head myvivi_vb_local_queue;

static struct timer_list myvivi_timer;

#include "fillbuf.c"

/* APP调用ioctl VIDIOC_REQBUFS(申请对流)时会导致此函数被调用, * 它重新调整count和size */
static int myvivi_buffer_setup(struct videobuf_queue *vq, unsigned int *count, unsigned int *size)
{

    *size = myvivi_format.fmt.pix.sizeimage;

    if (0 == *count)
        *count = 32;

    return 0;
}

/* APP调用ioctlVIDIOC_QBUF(入队列)时导致此函数被调用, * 它会填充video_buffer结构体并调用videobuf_iolock来分配内存 * */
static int myvivi_buffer_prepare(struct videobuf_queue *vq, struct videobuf_buffer *vb,
                        enum v4l2_field field)
{
    /* 0. 设置videobuf */
    vb->size = myvivi_format.fmt.pix.sizeimage;
    vb->bytesperline = myvivi_format.fmt.pix.bytesperline;
    vb->width  = myvivi_format.fmt.pix.width;
    vb->height = myvivi_format.fmt.pix.height;
    vb->field  = field;


    /* 1. 做些准备工作 */
    //myvivi_precalculate_bars(0);

#if 0
    /* 2. 调用videobuf_iolock为类型为V4L2_MEMORY_USERPTR的videobuf分配内存 */
    //Garmen:但是在我们这里用不着
    if (VIDEOBUF_NEEDS_INIT == buf->vb.state) {
        rc = videobuf_iolock(vq, &buf->vb, NULL);
        if (rc < 0)
            goto fail;
    }
#endif
    /* 3. 设置状态 */
    vb->state = VIDEOBUF_PREPARED;

    return 0;
}

/* APP调用ioctl VIDIOC_QBUF时: * 1. 先调用buf_prepare进行一些准备工作 * 2. 把buf放入stream队列 * 3. 调用buf_queue(作用是:起通知、记录作用) Garmen:问题就来了怎么起通知作用? 答:把videobuf_queue 放入我本地的队列myvivi_vb_local_queue里面、队列尾部 定时器处理函数就可以从本地队列取出这个videobuf */
static void myvivi_buffer_queue(struct videobuf_queue *vq, struct videobuf_buffer *vb)
{
    vb->state = VIDEOBUF_QUEUED;

    /* 把videobuf放入本地一个队列尾部 * 定时器处理函数就可以从本地队列取出videobuf */
    list_add_tail(&vb->queue, &myvivi_vb_local_queue);
}

/* APP不再使用队列时, 用它来释放内存 */
static void myvivi_buffer_release(struct videobuf_queue *vq,
               struct videobuf_buffer *vb)
{
    videobuf_vmalloc_free(vb);
    vb->state = VIDEOBUF_NEEDS_INIT;
}

/* 参考documentations/video4linux/v4l2-fram ework.txt: * drivers\media\video\videobuf-core.c ops->buf_setup - calculates the size of the video buffers and avoid they to waste more than some maximum limit of RAM; ops->buf_prepare - fills the video buffer structs and calls videobuf_iolock() to alloc and prepare mmaped memory; ops->buf_queue - advices the driver that another buffer were requested (by read() or by QBUF); ops->buf_release - frees any buffer that were allocated. * */
 //Garmen1:buf_setup在videobuf_reqbufs被调用,q->ops->buf_setup(q, &count, &size);
 //来确定这个conut和size,就是你想分配多少个buf,每个buf多大,通过这个函数重新计算,以免浪费
 //Garmen2:buf_prepare在videobuf_qbuf中retval = q->ops->buf_prepare(q, buf, field);翻到上面有解释
 //Garmen3:通知驱动程序说应用程序正在请求数据
static struct videobuf_queue_ops myvivi_video_qops = {
    .buf_setup      = myvivi_buffer_setup, /* 计算大小以免浪费 */
    .buf_prepare    = myvivi_buffer_prepare,
    .buf_queue      = myvivi_buffer_queue,
    .buf_release    = myvivi_buffer_release,
};


/* ------------------------------------------------------------------ File operations for the device ------------------------------------------------------------------*/
static int myvivi_open(struct file *file)
{
    /* 队列操作2: 初始化 */
     /* 倒数第2个参数是buffer的头部大小 */
    //Garmen:第四个函数是自旋锁,我们要事先定义它
    videobuf_queue_vmalloc_init(&myvivi_vb_vidqueue, &myvivi_video_qops,
            NULL, &myvivi_queue_slock, V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE, V4L2_FIELD_INTERLACED,
            sizeof(struct videobuf_buffer), NULL);

    myvivi_timer.expires = jiffies + 1;
    add_timer(&myvivi_timer);

    return 0;
}

static int myvivi_close(struct file *file)
{
    del_timer(&myvivi_timer);
    videobuf_stop(&myvivi_vb_vidqueue);
    videobuf_mmap_free(&myvivi_vb_vidqueue);



    return 0;
}

static int myvivi_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
{
    return videobuf_mmap_mapper(&myvivi_vb_vidqueue, vma);
}

static unsigned int myvivi_poll(struct file *file, struct poll_table_struct *wait)
{
    return videobuf_poll_stream(file, &myvivi_vb_vidqueue, wait);
}

static int myvivi_vidioc_querycap(struct file *file, void  *priv,
                    struct v4l2_capability *cap)
{
    strcpy(cap->driver, "myvivi");
    strcpy(cap->card, "myvivi");
    cap->version = 0x0001;
    cap->capabilities = V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE | V4L2_CAP_STREAMING;
    return 0;
}

/* 列举支持哪种格式 */
static int myvivi_vidioc_enum_fmt_vid_cap(struct file *file, void  *priv,
                    struct v4l2_fmtdesc *f)
{

    //只让他支持一种格式,只支持V4L2_PIX_FMT_YUYV
    if (f->index >= 1)
        return -EINVAL;

    strcpy(f->description, "4:2:2, packed, YUYV");
    f->pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;
    return 0;
}



/* 返回当前所使用的格式 */
//Garmen:get_fmt的时候,我们将v4l2_format拷贝会应用程序f
static int myvivi_vidioc_g_fmt_vid_cap(struct file *file, void *priv,
                    struct v4l2_format *f)
{

    memcpy(f, &myvivi_format, sizeof(struct v4l2_format));
    return 0;
}

/* 测试驱动程序是否支持某种格式 */
//Garmen:try_fmt的时候我们做一些判断,然后调整一下宽度高度等,
static int myvivi_vidioc_try_fmt_vid_cap(struct file *file, void *priv,
            struct v4l2_format *f)
{
    unsigned int maxw, maxh;
    enum v4l2_field field;

    if (f->fmt.pix.pixelformat != V4L2_PIX_FMT_YUYV)
        return -EINVAL;

    field = f->fmt.pix.field;



    if (field == V4L2_FIELD_ANY) {
        field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
    } else if (V4L2_FIELD_INTERLACED != field) {
        //dprintk(dev, 1, "Field type invalid.\n");
        return -EINVAL;
    }
    maxw = 1024;
    maxh = 768;

    /* 调整format的width, height, * 计算bytesperline, sizeimage */
    v4l_bound_align_image(&f->fmt.pix.width, 48, maxw, 2,
                  &f->fmt.pix.height, 32, maxh, 0, 0);
    f->fmt.pix.bytesperline =
        (f->fmt.pix.width * 16) >> 3;
    f->fmt.pix.sizeimage =
        f->fmt.pix.height * f->fmt.pix.bytesperline;
    return 0;
}


//Garmen:进行设置
static int myvivi_vidioc_s_fmt_vid_cap(struct file *file, void *priv,
                    struct v4l2_format *f)
{
    int ret = myvivi_vidioc_try_fmt_vid_cap(file, priv, f);
    if (ret < 0)
        return ret;

    memcpy(&myvivi_format, f, sizeof(struct v4l2_format));

    return ret;
}


static int myvivi_vidioc_reqbufs(struct file *file, void *priv,
              struct v4l2_requestbuffers *p)
{
    return (videobuf_reqbufs(&myvivi_vb_vidqueue, p));
}

static int myvivi_vidioc_querybuf(struct file *file, void *priv, struct v4l2_buffer *p)
{
    return (videobuf_querybuf(&myvivi_vb_vidqueue, p));
}

static int myvivi_vidioc_qbuf(struct file *file, void *priv, struct v4l2_buffer *p)
{
    return (videobuf_qbuf(&myvivi_vb_vidqueue, p));
}

static int myvivi_vidioc_dqbuf(struct file *file, void *priv, struct v4l2_buffer *p)
{
    return (videobuf_dqbuf(&myvivi_vb_vidqueue, p,
                file->f_flags & O_NONBLOCK));
}

static int myvivi_vidioc_streamon(struct file *file, void *priv, enum v4l2_buf_type i)
{
    return videobuf_streamon(&myvivi_vb_vidqueue);
}

static int myvivi_vidioc_streamoff(struct file *file, void *priv, enum v4l2_buf_type i)
{
    videobuf_streamoff(&myvivi_vb_vidqueue);
    return 0;
}



static const struct v4l2_ioctl_ops myvivi_ioctl_ops = {
        // 表示它是一个摄像头设备
        .vidioc_querycap      = myvivi_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  = myvivi_vidioc_enum_fmt_vid_cap,
        .vidioc_g_fmt_vid_cap     = myvivi_vidioc_g_fmt_vid_cap,
        .vidioc_try_fmt_vid_cap   = myvivi_vidioc_try_fmt_vid_cap,
        .vidioc_s_fmt_vid_cap     = myvivi_vidioc_s_fmt_vid_cap,

        /* 缓冲区操作: 申请/查询/放入队列/取出队列 */
        .vidioc_reqbufs       = myvivi_vidioc_reqbufs,
        .vidioc_querybuf      = myvivi_vidioc_querybuf,
        .vidioc_qbuf          = myvivi_vidioc_qbuf,
        .vidioc_dqbuf         = myvivi_vidioc_dqbuf,

        // 启动/停止
        .vidioc_streamon      = myvivi_vidioc_streamon,
        .vidioc_streamoff     = myvivi_vidioc_streamoff,   
};

static const struct v4l2_file_operations myvivi_fops = {
    .owner     = THIS_MODULE,
    .open    = myvivi_open,
    .release = myvivi_close,
    .mmap    = myvivi_mmap,
    .ioctl   = video_ioctl2,
    .poll     = myvivi_poll,
};



static struct video_device *myvivi_device;

static void myvivi_release(struct video_device *vdev)
{
}


static void (*function)(unsigned long)
{
    /* 1. 构造数据: 从队列头部取出第1个videobuf, 填充数据 */

    /* 1.1 从本地队列取出第1个videobuf */



}

static void myvivi_timer_function(unsigned long data)
{
    struct videobuf_buffer *vb;
    void *vbuf;
    struct timeval ts;

    /* 1. 构造数据: 从队列头部取出第1个videobuf, 填充数据 */

    /* 1.1 从本地队列取出第1个videobuf */
    if (list_empty(&myvivi_vb_local_queue)) {
        goto out;
    }


    //Garmen:这个函数就是从队列头部取出第一个videobuf
    vb = list_entry(myvivi_vb_local_queue.next,
             struct videobuf_buffer, queue);

    /* Garmen:Nobody is waiting on this buffer, return */
    if (!waitqueue_active(&vb->done))
        goto out;

    //如果上面情况都通过,即是都没有goto out
    /* 1.2 填充数据 */
    vbuf = videobuf_to_vmalloc(vb);
    //memset(vbuf, 0xff, vb->size);
    myvivi_fillbuff(vb);

    vb->field_count++;
    do_gettimeofday(&ts);
    vb->ts = ts;
    //Garmen:主要是这个状态要进行设置
    vb->state = VIDEOBUF_DONE;

    /* 1.3 把videobuf从本地队列中删除 */
    list_del(&vb->queue);

    /* 2. 唤醒进程: 唤醒videobuf->done上的进程 */
    wake_up(&vb->done);

out:
    /* 3. 修改timer的超时时间 : 30fps, 1秒里有30帧数据 * 每1/30 秒产生一帧数据 */
    mod_timer(&myvivi_timer, jiffies + HZ/30);
}


static int myvivi_init(void)
{
    int error;
    /* 1. 分配一个video_device结构体 */
    myvivi_device = video_device_alloc();


    /* 2. 设置 */
    /* 2.1 */
    myvivi_device->release = myvivi_release;

    /* 2.2 */
    myvivi_device->fops    = &myvivi_fops;

    /* 2.3 */
    myvivi_device->ioctl_ops = &myvivi_ioctl_ops;

    /* 2.4 队列操作 * a. 定义/初始化一个队列(会用到一个spinlock) */
    spin_lock_init(&myvivi_queue_slock);

    /* 用定时器产生数据并唤醒进程 */
    init_timer(&myvivi_timer);
    myvivi_timer.function = myvivi_timer_function;

    //Garmen:入口函数进行初始化
    INIT_LIST_HEAD(&myvivi_vb_local_queue);


    /* 3. 注册 */
    error = video_register_device(myvivi_device, VFL_TYPE_GRABBER, -1);

    return error;

}

static void myvivi_exit(void)
{
    video_unregister_device(myvivi_device);
    video_device_release(myvivi_device);
}

module_init(myvivi_init);
module_exit(myvivi_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");




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