V4L2 及摄像头驱动模拟题（含参考答案）

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V4L2 及摄像头驱动模拟面试题（含参考答案）

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1. V4L2 框架的核心层级与作用是什么？

参考答案：

• 主设备（video_device）：暴露 /dev/videoX 节点，作为应用层访问入口。
• 设备容器（v4l2_device）：统一管理多个 v4l2_subdev，协调设备间的数据流。
• 子设备（v4l2_subdev）：每个具体硬件或功能模块一个 subdev（如 sensor、MIPI-CSI、ISP），负责各自的硬件操作。
• Media Controller：描述和管理各 entity 之间的连接关系和数据流。

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2. 什么是 v4l2_subdev？举例哪些模块可以实现为 subdev？

参考答案：

• v4l2_subdev 是 V4L2 子设备的内核抽象，封装具体的硬件功能。
• 典型如：摄像头 Sensor、MIPI-CSI 接收器、ISP 图像处理器、视频桥接器等。

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3. 应用层如何采集视频流？简述标准流程。

参考答案：

1. 打开设备节点（如 /dev/video0）
2. 设置格式（分辨率、像素格式）
3. 分配缓冲区（VIDIOC_REQBUFS）
4. 入队缓冲区（VIDIOC_QBUF）
5. 启动采集（VIDIOC_STREAMON）
6. 循环获取数据（VIDIOC_DQBUF），完成后停止（VIDIOC_STREAMOFF）

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4. Media Controller 框架的作用？

参考答案：

• 提供可视化和编程接口来描述、管理视频 pipeline 内各实体（entity）之间的连接和数据流。
• 支持复杂多级 pipeline 组合，灵活适配各种摄像头方案。

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5. 驱动中如何将 v4l2_subdev 绑定到 v4l2_device？主设备又是如何注册的？

参考答案：

• 使用 v4l2_subdev_init() 初始化 subdev，v4l2_device_register_subdev() 添加到 v4l2_device。
• 主设备使用 video_device_alloc() 创建，video_register_device() 注册为 /dev/videoX。

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6. 如何排查摄像头采集无数据？常见原因有哪些？

参考答案：

• 检查 sensor 通信是否正常（I2C、驱动加载）。
• 确认 MIPI-CSI 通道工作、信号质量（查看 dmesg 日志和硬件连线）。
• 检查分辨率/格式匹配（应用设置与驱动支持一致）。
• 用 v4l2-ctl、ffmpeg 测试底层采集。
• 注意电源管理、时钟、复位是否全部使能。

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7. 请简述 Linux 下摄像头采集支持哪些像素格式？MIPI 传感器输出的常见格式有哪些？

参考答案：

• 常见格式：YUYV、UYVY、NV12、NV21、RGB24、RAW8、RAW10、RAW12 等。
• MIPI sensor 常用 RAW8/RAW10/RAW12、YUV422 等格式。

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8. 什么是“pad”、“entity”、“link”在 V4L2 Media Controller 中分别表示什么？

参考答案：

• entity：功能单元（如 sensor、CSI、ISP）
• pad：数据入口或出口
• link：pad 之间的连接，描述数据流动向

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9. 你如何为一个新的摄像头 sensor 编写 V4L2 驱动？要点有哪些？

参考答案：

• 实现 v4l2_subdev，注册为 subdev。
• 实现 sensor 通信（I2C），支持标准接口（s_stream、s_power、set_fmt 等）。
• 配置和导出 sensor 支持的分辨率、帧率、格式。
• 注册到 pipeline 并与 CSI/ISP 子设备对接。

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10. 如何用 v4l2-ctl 检查采集链路？举几个常用命令。

参考答案：

• v4l2-ctl --list-devices // 列出所有 video 设备
• v4l2-ctl --all -d /dev/video0 // 查询设备信息
• v4l2-ctl --list-formats // 查看支持格式
• v4l2-ctl --set-fmt-video=width=1920,height=1080,pixelformat=UYVY
• v4l2-ctl --stream-mmap --stream-count=100 -d /dev/video0 // 采集测试

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11. 简述 GStreamer 在摄像头视频采集中的优势？

参考答案：

• 支持丰富的采集、解码、转码、流媒体协议
• 模块化 pipeline，支持多种插件组合
• 能与 V4L2 完美对接，支持硬件加速、格式自动转换

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12. i.MX8MP 平台，摄像头采集流程中 V4L2 驱动与硬件的对应关系如何？

参考答案：

• sensor 驱动：i2c 设备，v4l2_subdev（注册到 v4l2_device）
• mipi_csi 驱动：v4l2_subdev，负责采集 MIPI 信号
• ISP（可选）：图像后处理，同为 subdev
• video_device 作为主节点，连接上游所有 subdev
• 全部通过 Media Controller entity/pad/link 组织起 pipeline

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13. 描述一次完整的视频采集与传输数据流。

参考答案：

1. Sensor 采集 → 传送数据到 MIPI-CSI
2. CSI 硬件完成解串、数据包化，送给 ISP/VPU（如有）
3. ISP/VPU 处理后，将帧交给内核 Video Buffer
4. 应用层通过 mmap/streaming 将数据获取出来

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14. 你遇到过哪些典型摄像头兼容性问题？如何解决？

参考答案：

• 分辨率/帧率不匹配（驱动和应用不一致）
• MIPI 信号电气质量不达标（需要硬件检查）
• sensor 上电时序问题（增加延迟或初始化流程）
• I2C 地址或寄存器差异（确认 dts 与硬件手册一致）
• 驱动不支持的格式（补充代码或做格式转换）

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15. 简述 V4L2 标准接口设计的好处？

参考答案：

• 驱动和应用完全解耦，任意兼容
• 多平台、多硬件可复用代码
• 易于维护、扩展、自动化测试
• 支持多种采集链路和复杂 pipeline 设计

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补充实操题目

1. 请写一段代码，完成 /dev/video0 的打开、格式设置与一帧抓拍并保存为文件。
2. 如何在 Yocto 项目中集成某款 V4L2 摄像头驱动？配置步骤如何？
3. 给定一段 V4L2 子设备注册代码，请分析并画出 pipeline 结构。
4. 用 GStreamer 命令将摄像头数据转码为 H.264 并保存为文件。
5. 如果出现采集花屏/断流，应该如何层层定位？

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