Linux摄像头驱动1——vivid

最新推荐文章于 2025-10-08 17:41:40 发布

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#v4l2

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Linux摄像头驱动学习第一篇，对虚拟视频驱动Virtual Video Driver(vivid)进行测试、分析、编写。

V4L2(Video for Linux two)是Linux内核中关于视频设备的内核驱动框架，为上层的访问底层的视频设备提供了统一的接口。

V4L2可以支持多种设备,它可以有以下几种接口:

Video capture interface(视频采集接口):从摄像头等设备上获取视频数据,是V4L2设计最初功能；

Video output interface(视频输出接口):驱动计算机的外围视频、图像显示设备；
Video overlay interface(直接传输视频接口):把从视频采集设备采集过来的信号直接输出到输出设备之上,而不用经过CPU；
Video output overlay device(视频输出覆盖设备):也被称为OSD(On-Screen Display),即在显示画面上叠加一层显示，比如菜单设置界面；
VBI interface(视频间隔消隐信号接口):提供对VBI(Vertical Blanking Interval)数据的控制,它可以使应用可以访问传输消隐期的视频信号；
Radio interface(收音机接口):处理从AM或FM高频头设备接收来的音频流；

1.V4L2框架分析

2.测试vivid

这里目的先加载vivid驱动，然后运行应用程序调用vivid驱动，初步体验效果。

2.1加载驱动

先在Ubuntu16.04上输入uname -a，可以得到当前Ubuntu内核版本号：

Linux ubuntu 4.4.0-116-generic #140-Ubuntu SMP Mon Feb 12 21:23:04 UTC 2018 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

当前内核版本是4.4.0-116-generic，然后去Linux内核官网下载对应的内核，提取出其中的linux-4.13.9/drivers/media/文件夹。

修改media/platform/vivid/下的Makefile:

KERN_DIR = /usr/src/linux-headers-4.4.0-116-generic

vivid-objs := vivid-core.o vivid-ctrls.o vivid-vid-common.o vivid-vbi-gen.o \
		vivid-vid-cap.o vivid-vid-out.o vivid-kthread-cap.o vivid-kthread-out.o \
		vivid-radio-rx.o vivid-radio-tx.o vivid-radio-common.o \
		vivid-rds-gen.o vivid-sdr-cap.o vivid-vbi-cap.o vivid-vbi-out.o \
		vivid-osd.o vivid-tpg.o vivid-tpg-colors.o
		
all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 

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

obj-$(CONFIG_VIDEO_VIVID) += vivid.o

然后执行make编译，获得vivid.ko
此时加载模块sudo insmod vivid.ko，发现报错如下：

insmod: ERROR: could not insert module vivid.ko: Unknown symbol in module

原因是模块中的一些依赖函数的模块，没有加载，通过dmesg命令，可以看到很多函数：

[  488.786285] vivid: Unknown symbol vb2_queue_init (err 0)
[  488.786295] vivid: Unknown symbol v4l2_ctrl_poll (err 0)
[  488.786304] vivid: Unknown symbol v4l2_enum_dv_timings_cap (err 0)
[  488.786314] vivid: Unknown symbol video_ioctl2 (err 0)
[  488.786364] vivid: Unknown symbol v4l2_get_timestamp (err 0)
[  488.786389] vivid: Unknown symbol v4l2_device_put (err 0)
[  488.786418] vivid: Unknown symbol vb2_ioctl_streamoff (err 0)
…………

需要先加载这些函数所在的模块才行。
这里有两个方法：
一是找到函数对应的文件，修改Makefile，编译出来，先加载。
二是找到函数对应的文件，其实模块都已经编译好了，路径在/lib/modules/4.4.0-116-generic/kernel/drivers/media/v4l2-core/里面，直接加载即可。

这两种方式都需要慢慢找对应的文件，比较麻烦，直接:

sudo modprobe vivid     //安装自带vivid及依赖
sudo rmmod vivid        //卸载自带的vivid
sudo insmod ./vivid.ko  //安装自己编译的vivid.ko

这里先使用modprobr加载vivid，会将其依赖一并加载，然后再卸载vivid，最后加载上我们编译的vivid.ko。

这里为什么使用自己编译的vivid.ko，而不使用自带的？
因为后面修改vivid源码后，重新加载修改后的驱动，才知道修改后的效果。

2.2应用程序

Linux摄像头测试软件webcam、spcaview、luvcview、xawtv等，经测试，luvcview和xawtv比较靠谱。

luvcview

luvcview -h             //帮助信息
luvcview -d /dev/videoX //指定设备
luvcview -L             //查询当前摄像头所支持的所有数据格式以及分辨率信息 
luvcview                //运行摄像头

xawtv

xawtv -h                //帮助信息
xawtv -c /dev/videoX    //指定设备
xawtv -noalsa           //关闭声卡启动
xawtv                   //运行摄像头

这里加载vivid驱动后，运行xawtv效果如下：

3.分析vivid

第一次接触V4L2，直接对内核提供的Virtual Video Driver(vivid)进行分析，只要熟悉了vivid，后续再对摄像头再进行分析，就会轻松很多。

vivid是内核提供的一个虚拟机的视频设备驱动，内核提供的vivid源码在linux-4.13.9/drivers/media/platform/vivid/。

3.1 初始化、注册分析

在vivid_init()里分别注册了vivid_pdev和vivid_pdrv，注册后，由于两者name一致，则会调用probe()。在probe()里面主要进行初始化、注册等相关流程。

可以看到，在probe()里，会调用vivid_create_instance()，让后在里面先分配一个video_device，然后设置video_device，包括操作函数ops，ioctl操作函数，设备等。
然后对ctrl属性进行详细的设置，最后注册video_device，和进行常规的字符设备注册。