vb2_buffer结构探究

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本文详细解析了vb2_buffer在摄像头驱动程序中的关键作用，涉及buffer请求、映射、队列操作和数据处理流程。通过vb2_queue结构的初始化、VIDIOC_REQBUFS、VIDIOC_QUERYBUF等 ioctl 调用，展示了如何在V4L2框架下进行高效的数据获取。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

vb2_buffer结构探究

摄像头驱动程序必需的11个ioctl:
// 表示它是一个摄像头设备
.vidioc_querycap = 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 = vidioc_enum_fmt_vid_cap,
.vidioc_g_fmt_vid_cap = vidioc_g_fmt_vid_cap,
.vidioc_try_fmt_vid_cap = vidioc_try_fmt_vid_cap,
.vidioc_s_fmt_vid_cap = vidioc_s_fmt_vid_cap,
/ 缓冲区操作: 申请/查询/放入队列/取出队列 */
.vidioc_reqbufs = vidioc_reqbufs,
.vidioc_querybuf = vidioc_querybuf,
.vidioc_qbuf = vidioc_qbuf,
.vidioc_dqbuf = vidioc_dqbuf,
// 启动/停止
.vidioc_streamon = vidioc_streamon,
.vidioc_streamoff = vidioc_streamoff,

分析数据的获取过程：

请求分配缓冲区: ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS // 请求系统分配缓冲区
查询映射缓冲区: ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF // 查询所分配的缓冲区
把缓冲区放入队列: ioctl(4, VIDIOC_QBUF // 把缓冲区放入队列
启动摄像头 ioctl(4, VIDIOC_STREAMON
用select查询是否有数据
有数据后从队列里取出缓冲区 ioctl(4, VIDIOC_DQBUF
应用程序根据VIDIOC_DQBUF所得到缓冲区状态，知道是哪一个缓冲区有数据就去读对应的地址(该地址来自前面的mmap)

对于架构都是一样的，有关于VB2_buffer 的主要是数据的获取过程，根据韦东山老师的视频中分析步骤分析如下：
1，首先是创建并初始化一个vb2_queue结构体，
static struct vb2_queue Myvivi_vb2_queue;

     struct vb2_queue  *q = &Myvivi_vb2_queue；
     q->type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  // 类型
     q->io_modes = VB2_MMAP | VB2_USERPTR | VB2_READ;  // 该队列支持的模式
     q->drv_priv = dev;  // 自定义模式
     q->buf_struct_size = sizeof(struct vivi_buffer);  // 将vb2_buffer结构体封装到我们自己的buffer中，此为我们自己的buffer的size
     q->ops = &vivi_video_qops;   
     q->mem_ops = &vb2_vmalloc_memops;     // 
    vb2_queue_init(q);
其中vivi_video_qops 是 队列的操作函数，以后的REQBUFS 等请求会调用到此中的函数，其结构如下

static struct vb2_ops vivi_video_qops = {
.queue_setup = queue_setup, // 必须有，vb2_queue_init中会判断
.buf_init = buffer_init,
.buf_prepare = buffer_prepare,
.buf_finish = buffer_finish,
.buf_cleanup = buffer_cleanup,
.buf_queue = buffer_queue, // 必须有，vb2_queue_init中会判断
.start_streaming = start_streaming,
.stop_streaming = stop_streaming,
.wait_prepare = vivi_unlock,
.wait_finish = vivi_lock,
};
其中vb2_vmalloc_memops用于有关此队列中mem分配问题，其中的函数一般不需要我们自己写，使用默认
const struct vb2_mem_ops vb2_vmalloc_memops = {
.alloc = vb2_vmalloc_alloc,
.put = vb2_vmalloc_put,
.vaddr = vb2_vmalloc_vaddr,
.mmap = vb2_vmalloc_mmap,
.num_users = vb2_vmalloc_num_users,
};

2，初始化完成后，调用 VIDIOC_REQBUFS 请求系统分配缓冲区，该函数的调用过程如下
vb2_reqbufs =》
q->ops->queue_setup此函数允许我们的驱动函数自定义分配空间的大小
__vb2_queue_alloc 分配vivi_buffer结构体的空间（缓存区头部信息），如果使用的是V4L2_MEMORY_MMAP类型则调用>__vb2_buf_mem_alloc ==> q->mem_ops->alloc 即 vb2_vmalloc_alloc 分配空间，将分配的空间指向vb2_buffer->planes[0].mem_priv ,该指针保存着分配到的空间，该指针指向vb2_vmalloc_buf结构体
韦东山老师视频中讲的video_buf中，讲到在这不真正的分配空间，但是在vb2中此时却已经分配了空间，这是我的理解

3，查询映射缓冲区 VIDIOC_QUERYBUF , 返回实际上分配到的buffer，
查询分配好的缓存区，返回v4l2_buffer结构，设置vb->state

4，使用mmap
vb2_mmap ==》q->mem_ops->mmap 即 vb2_vmalloc_mmap 用于映射，将上面分配好的vb2_buffer->planes[0].mem_priv指向的空间重映射到mmap参数中的用户空间

5，把缓冲区放入队列: VIDIOC_QBUF
vb2_qbuf 将 list_add_tail(&vb->queued_entry, &q->queued_list); 将vb2_buffer 放入队列q的queued_list中
设置vb->state = VB2_BUF_STATE_PREPARED;

6，启动摄像头 VIDIOC_STREAMON
vb2_streamon
q->streaming = 1;
// 如果 q->queued_list 中部位空，即有qbuf没有被处理调用__enqueue_in_driver （）

7, 用select查询是否有数据会调用poll函数
vb2_poll 等待 q->done_list 中有数据，

8，怎样往 q->done_list 中添加数据呢？
每次调用qbuf 和 vidioc_streamon 时候都会查询，如果这两个条件都成立，则调用q->ops->buf_queue 将核心中的vb2_buffer调如我们写的驱动中，放入一个列表，在vivi中周期性的调用函数向这个列表中的vb缓冲区中添加数据即向vb2_buffer->planes中添加数据，然后后调用
vb2_buffer_done(&vb, VB2_BUF_STATE_DONE); ==》 list_add_tail(&vb->done_entry, &q->done_list); 将vivi驱动中的vb2 放入 q->done_list中，然后设置vb->state = VB2_BUF_STATE_DONE;
最后wake_up(&q->done_wq); 唤醒poll中休眠的进程。

9，调用VIDIOC_DQBUF，从队列里取出缓冲区
vb2_dqbuf ==> __vb2_get_done_vb 将q->done_list 中的vb2_buffer中提出来，然后将vb2_buffer中的v4l2_buffer信息返回，并将其从q->done_list 中删除

10，应用程序将数据取出来（mmap的空间）

总结：
结构体如下
struct vb2_buffer {
struct v4l2_buffer v4l2_buf; // 里面有该vb2中数据的信息
struct v4l2_plane v4l2_planes[VIDEO_MAX_PLANES];

struct vb2_queue *vb2_queue;

unsigned int num_planes;

/* Private: internal use only */
enum vb2_buffer_state state;

struct list_head queued_entry;
struct list_head done_entry;

struct vb2_plane planes[VIDEO_MAX_PLANES]; // 存放实际数据的结构
};
struct vb2_queue {
enum v4l2_buf_type type;
unsigned int io_modes;
unsigned int io_flags;

const struct vb2_ops *ops;
const struct vb2_mem_ops *mem_ops;
void *drv_priv;
unsigned int buf_struct_size;

/* private: internal use only */
enum v4l2_memory memory;
struct vb2_buffer *bufs[VIDEO_MAX_FRAME];
unsigned int num_buffers;

struct list_head queued_list;

atomic_t queued_count;
struct list_head done_list;
spinlock_t done_lock;
wait_queue_head_t done_wq;

void *alloc_ctx[VIDEO_MAX_PLANES];
unsigned int plane_sizes[VIDEO_MAX_PLANES];

unsigned int streaming:1;

struct vb2_fileio_data fileio;
};
在vb2中细化了锁，并且将核心部分封装，使我们更容易使用。
与vb中有冲突的地方如下
1，结构中红色部分都为自己的数据，一般对于我们的驱动程序来说不要使用，因此使用vb2_buffer时候不能（也不需要）直接指定vb->state 的内容。比如说通知数据完成只需要调用 vb2_buffer_done(&vb2, VB2_BUF_STATE_DONE); 即可，
2，对于vb2_buffer,没用供我们使用的list，因此如果要将vb可以放入list head，需要我们自己添加list ，例如
struct vivi_buffer {
/ common v4l buffer stuff – must be first */
struct vb2_buffer vb;
struct list_head list;
};
使用vb2，总结如下
1，调用vb2_queue_init 初始化队列 q 。
2，调用reqbuf 时候会根据请求（v4l2_requestbuffers）分配vb2结构，并且加入到q->buf中
3，调用querybuf时候，根据信息（v4l2_buffer）返回q->buf中对应的vb2_buffer的信息（ v4l2_buffer）
4，mmap上面信息对应的 vb空间到用户空间
5，调用qbuf 时，将对应的vb2_buffer ( vivi_bufer->list )添加到 q-> queued_list 队列中
6，使用select 调用poll 休眠等待 q->done_list 有数据
7，调用qbuf 和 vidioc_streamon 时候都会查询，如果这两个条件都成立，则调用q->ops->buf_queue 将核心中的vb2_buffer调如我们写的驱动中，放入一个列表，然后等待（上面的poll过程休眠）我们的驱动程序将数据放入该vb2_buffer
8，数据存放完成后调用vb2_buffer_done函数，即将上面有数据的vb2_buffer放入q->done_list中，然后唤醒上面poll休眠的进程
9， poll唤醒后会调用dqbuf将q->done_list 中的vb2_buffer提出来后，将此vb2的信息（v4l2_buffer）返回
10，应用程序得到buffer信息后，就去对应的mmap后的用户空间中读数据。
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