Linux摄像头驱动3——LCD显示

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Linux摄像头驱动学习第三篇，在Tiny4412的LCD上显示摄像头采集图像。

前面的UVC驱动，实现了在Ubuntu主机上显示摄像头采集的图像，但那不是最终目的，最终目的是在嵌入式设备上显示图像。
本篇博客尝试写一个应用程序，实现USB摄像头采集的图像在Tiny4412的LCD上显示。所以本篇算不上驱动开发，更多的是Linux环境下编程。

1.将驱动加入内核

在开始应用编程之前，需要先准备好驱动，在LCD上显示摄像头图像，至少需要三个驱动：LCD驱动、背光驱动、UVC驱动。
这三个驱动都在前面写过了，只需要加载即可。以前都是使用的insmod xx.ko进行动态加载驱动，每次开发板上电后，都需要手动/脚本里加载驱动，有点麻烦。
反观内核自带的驱动，使用make menuconfig进入图形配置界面里，找到对应的驱动，可以设置为Y(编译到内核)、M(编译成模块)、N(不编译)。当设置为Y后，进入系统后，就自带了该驱动，不再需要手动加载。

前者常用于调试阶段，就算驱动有问题，内核崩溃了，下次内核还能正常启动，修改驱动后重新加载，很方便。
后者常用于发布阶段，加入到内核，就不能再修改了，也就少了一些加载驱动的操作。

本次就仿照内核的方式，使用make menuconfig将驱动直接加到内核里。
在这之前需要理解三个文件：

• Kconfig：driver/下的每个目录都有，在内核配置时候，提供配置选项；
• Makefile：driver/下的每个目录都有，在编译的时候，判断是否加入内核；
• .config:在源码根目录下，作为最终的内核编译的依据；

因此，以上三个文件，是主要影响内核模块编译的文件，后面只需要修改这三个文件即可。

• 1.创建驱动目录
  在driver/目录下新建一个hceng_drv目录作为存放自己驱动源码的目录。

• 2.创建底层配置文件
  在driver/hceng_drv/下创建Kconfig和Makefile，并将驱动源码backlight_drv.c、lcd_drv.c、uvc_drv.c，也放在里面。
  编辑Kconfig如下：

#
# Backlight && LCD && UVC device configuration
#

menu "Hceng add driver"
	config BACKLIGHT
	tristate "Backlight support"
	default y  
	help
	  This is backlight driver to tiny4412 from hceng.
	 
	config LCD
	tristate "LCD support"
	depends on BACKLIGHT 
	default y 
	help
	  This is LCD driver to tiny4412 from hceng. 
	  
	config UVC
	tristate "UVC support"
	depends on BACKLIGHT && LCD
	default y 
	help
	  This is UVC driver to tiny4412 from hceng.
	  
endmenu

包含在menu/endmenu中的内容会成为Hceng add driver的子菜单；
每一个子菜单项都是由config来定义的；
congfig下方的tristate、depends on、default、help等为config的属性，用于定义该菜单项的类型、依赖项、默认值、帮助信息等；

编辑Makefile如下：

obj-$(CONFIG_BACKLIGHT)	+= backlight_drv.o
obj-$(CONFIG_LCD)	    += lcd_drv.o
obj-$(CONFIG_UVC)	    += uvc_drv.o

根据CONFIG_*是y、m还是n，再决定是否将后面的*.o编译到内核。
这里的CONFIG_*就是由最后的.config决定。

• 3.编辑上级配置文件
  这里我的hceng_drv/上级是driver/，因此修改driver/下的Kconfig和Makefile。
  修改Kconfig，在menu/endmenu之间的任意位置添加：

source "drivers/hceng_drv/Kconfig"

这里的写的位置，会影响在make menuconfig，即这里写得比较靠前，在配置界面也是比较靠前。

修改Makefile，在任意位置添加：

obj-$(CONFIG_BACKLIGHT) 	+= hceng_drv/
obj-$(CONFIG_LCD)       	+= hceng_drv/
obj-$(CONFIG_UVC)       	+= hceng_drv/

• 4.配置
  执行make menuconfig，在配置界面找到：

Device Drivers  --->
    Hceng add driver  ---> 

将添加的三个驱动勾选上，最后保存、退出，就将更改的内容写到了.config。
最后重新make编译，也得到添加自己驱动的内核。

也可以直接修改.config配置文件，加入：

CONFIG_BACKLIGHT=y
CONFIG_LCD=y
CONFIG_UVC=y

再make，也一样得到添加自己驱动的内核。

2.软件框架

①:首先从摄像头获取数据放入video_buf，数据的格式(YUV、MJPEG、RGB)和分辨率可能有多种；
②:Tiny4412的LCD仅支持RGB格式，因此需要数据格式转换；
③:Tiny4412的LCD分辨率是800X480，因此可能需要大小缩放；
④:根据LCD显示流程，必须要将显示数据写入显存(FrameBuffer)；
⑤:最后LCD控制器会将显存数据自动搬运到LCD/VGA等显示设备上；

在应用编程中，要习惯面向对象编程(Object Oriented Programming)，也就是把对象作为程序的基本单元，一个对象包含了数据和操作数据的函数，在C语言中常常用结构体(struct)来实现。

关于Linux内核C语言中的面向对象的实现，可以参考这篇博客，介绍了如何C语言实现面向对象，也通过这个能稍微理解Linux驱动中的操作函数的原理。

这里，模仿内核的编程框架，为每个模块实现一个管理链表，模块对应加入链表，再调用对应的操作函数，框架如下：

这个框架，在这里暂时不能体会到它的优势，以后接触多了，应该就能感受了。

简单说明下这个框架，主要有四个模块:
video用于摄像头数据采集，convert用于格式转换、process用于缩放等操作、dispaly用于显示。
以convert为例，有一个manager管理每个子模块，将每个子模块放入链表，向上提供统一的操作接口，调用对应文件的操作函数。

3.编程_获取摄像头数据

使用结构体video_device来表示摄像头设备，包含了设备的文件句柄、像素格式、分辨率、buf信息、操作函数等：
{% codeblock lang:c %}
typedef struct video_device {
int fd; //文件句柄
int pixel_format; //像素格式
int width, height; //分辨率:宽*高

int buf_count;     //buf数量
int buf_maxlen;    //每个buf最大长度
int buf_cur_index; //当前buf索引
unsigned char *video_buf[VIDEO_BUFFER_NUM]; //每个video buf的地址

//操作函数
p_video_operations p_video_fops;

}video_device, *p_video_device;

//摄像头设备的操作函数
typedef struct video_operations {
char *name;

int (*init_device)(char *dev_name, p_video_device p_video_dev);
int (*exit_device)(p_video_device p_video_dev);

int (*get_format)(p_video_device p_video_dev);

int (*get_frame)(p_video_device p_video_dev, p_video_buffer p_video_buf); 
int (*put_frame)(p_video_device p_video_dev, p_video_buffer p_video_buf); 

int (*start_device)(p_video_device p_video_dev);
int (*stop_device)(p_video_device p_video_dev);

struct video_operations *p_next;

}video_operations, *p_video_operations;
{% endcodeblock %}

使用结构体video_buffer来表示摄像头采集的数据，包含每帧数据信息、像素格式等：
{% codeblock lang:c %}
//图片像素的数据
typedef struct pixel_datas {
int width; //宽度: 一行有多少个像素
int height; //高度: 一列有多少个像素
int bpp; //一个像素用多少位来表示
int line_bytes; //一行数据有多少字节
int total_bytes; //所有字节数
unsigned char *pixel_datas_addr; //像素数据存储的地址
}pixel_datas, *p_pixel_datas;

//摄像头的数据
typedef struct video_buffer {
pixel_datas pixel_datas; //图片像素的数据
int pixel_format; //像素的格式
}video_buffer, *p_video_buffer;
{% endcodeblock %}

3.1 video_manager.c

video_manager.c主要功能是操作video_operations构成的链表，涉及的函数有：
{% codeblock lang:c %}
int register_video_ops(p_video_operations p_video_ops);
void show_video_ops(void);
p_vid