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基于V4L2的視頻驅(qū)動開發(fā)（1）

編寫基于V4L2視頻驅(qū)動主要涉及到以下幾個(gè)知識點(diǎn)：

●    攝像頭方面的知識
                要了解選用的攝像頭的特性，包括訪問控制方法、各種參數(shù)的配置方法、信號輸出類型等。

●    Camera解碼器、控制器
                如果攝像頭是模擬量輸出的，要熟悉解碼器的配置。后數(shù)字視頻信號進(jìn)入camera控制器后，還要熟悉camera控制器的操作。

●    V4L2的API和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
                編寫驅(qū)動前要熟悉應(yīng)用程序訪問V4L2的方法及設(shè)計(jì)到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

●    V4L2的驅(qū)動架構(gòu)
                后編寫出符合V4L2規(guī)范的視頻驅(qū)動。

本文介紹基于S3C2440硬件平臺的V4L2視頻驅(qū)動開發(fā)。攝像頭采用OmniVision公司的OV9650和OV9655。主要包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

視頻驅(qū)動的整體驅(qū)動框架

●    3C2440 camera控制器+ov9650（ov9655）
        ●    V4L2 API及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
        ●    V4L2驅(qū)動框架
        ●    ov9650（ov9655）+s3c2440+V4L2實(shí)例

一、 視頻驅(qū)動的整體框架

視頻驅(qū)動的整體框架見下圖：

二、S3C2440 camera控制器+ov9650（ov9655）

（1）S3C2440 camera控制器介紹

S3C2440支持ITU-R BT601/656格式的數(shù)字圖像輸入，支持的2個(gè)通道的DMA，Preview通道和Codec通道，參見下圖。

Preview通道可以將YCbCr4:2:2格式的圖像轉(zhuǎn)換為RGB（16bit或24bit）格式的數(shù)據(jù)，并存放于為Preview DMA分配的內(nèi)存中，大分辨率為640*480。主要用于本地液晶屏顯示。如果將Preview DMA的內(nèi)存和Framebuffer內(nèi)存重疊的話，就可以實(shí)現(xiàn)采集直接輸出到液晶屏上了。

Codec通道可以輸出YCbCr4:2:0或YCbCr4:2:2格式到為Codec DMA分配的內(nèi)存中。大分辨率為4096*4096。主要用于圖像的編解碼處理。

上圖中的window cut功能是指在圖像可以先做一個(gè)裁剪。通過設(shè)置CIWDOFST完成此功能，見下圖。圖像進(jìn)入P、C通道后，各自的scaler單元還可以對其進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)等處理。

S3C2440 camera控制器支持乒乓存儲。為了防止采集和輸出之間的沖突，采用了乒乓存儲方式。每次采集一幀后，自動轉(zhuǎn)到下一個(gè)存儲區(qū)。如果你因?yàn)閮?nèi)存空間不足，不想使用此功能的話，可以將四個(gè)區(qū)域設(shè)置到同一塊空間。

在做圖像處理時(shí)，需要關(guān)注到后存儲區(qū)中的圖像格式，如codec通道硬件自動把Y、Cb、Cr分離存儲。

S3C2440 camera 控制器Last IRQ功能的使用，也是需要掌握的。如果處理不好，輸出的圖像效果會受影響。

控制器會在每個(gè)VSYNC下降沿判斷ImgCptEn信號等命令。如果在下降沿發(fā)現(xiàn)ImgCptEn信號有效，則產(chǎn)生IRQ中斷。然后才開始一幀圖像的真正采集。而如果在VSYNC下降沿判斷到ImgCptEn為低電平且之前LastIRQEn沒有使能，則不會產(chǎn)生任何中斷，且不會再進(jìn)行下一幀的采集。如果你想在ImgCptEn關(guān)閉后，一幀采集完后產(chǎn)生一個(gè)中斷通知你，那么就需要在后一次中斷產(chǎn)生前（stop capturing后的vysnc下將沿）使能lastirq就可以了。

我在移植linux驅(qū)動時(shí)就遇到了一個(gè)Last IRQ的問題�，F(xiàn)象是輸出圖像上面總是有一條比其它部分反應(yīng)慢。采集運(yùn)動圖像，就能看出現(xiàn)象。查看代碼是因?yàn)闆]有設(shè)立lastirq，因?yàn)槊看稳绻�不在lastirq產(chǎn)生的情況下讀取，圖像緩沖中的數(shù)據(jù)是不穩(wěn)定的，可能照成圖像不完整。修改代碼支持lastirq后，問題解決。

Camera控制器時(shí)鐘設(shè)置也是需要注意的，ov9650需要Camera控制器為其提供時(shí)鐘。

提供給外部攝像頭的時(shí)鐘是由UPLL輸出時(shí)鐘分頻得到的。而CAMIF的時(shí)鐘是由HCLK提供的。本例中，提供給ov9650的時(shí)鐘為24M。

（2）ov9650（ov9655）設(shè)置方法

OV9650是OmniVision公司的COMS攝像頭，130萬像素，支持SXVGA、VGA、QVGA、CIF等圖像輸出格式。 大速率在SXVGA時(shí)為15fps，在VGA時(shí)為30fps。

OV9650攝像頭時(shí)序如下圖：

上圖中D[9:2]用于8-bitYUV或者RGB565/RGB555(D[9]MSB、D[2]LSB)。D[9:0]用于10-bit RGB。本例中使用8-bit YUV模式。

我手邊開發(fā)板的Camera和S3C2440的接線原理圖如下（對應(yīng)camera中具體的信號名稱參見前文的驅(qū)動整體架構(gòu)圖）。

注：GPG12用于PWEN信號

OV9650攝像頭設(shè)置方法是通過SCCB總線設(shè)置

SCCB可以看作是一種簡化的I2C總線，可以使用IO模擬SCCB時(shí)序。

（3）編寫ARM測試代碼測試camera功能

在Keil環(huán)境下編寫一個(gè)測試代碼完成從攝像頭采集圖像輸出到液晶屏。下面列出程序的流程。

（4）編寫測試代碼過程中常見的問題

●    攝像頭寄存器的配置

因?yàn)閿z像頭有很多寄存器，可能一下無法理解里面所有的配置含義，所以開始時(shí)希望得到一份可用的配置。但往往從別人的測試代碼中拿到配置后，仍然無法使用。我這里列出幾個(gè)可能的原因：（1）攝像頭中的圖像輸出格式和你在camera控制器中設(shè)置的不一致，同一個(gè)攝像頭可以設(shè)置多種輸入格式，如：YCbYCr或CbYCrY。（2）圖像輸出的一些時(shí)序和你的camera控制器設(shè)置不一致，攝像頭可以設(shè)置一些時(shí)序，如：圖像數(shù)據(jù)在CAMPCLK的上升沿有效還是下降沿有效。（3）注意輸出圖像的格式和Framebuffer控制器的匹配，如字節(jié)順序等問題。

●    Ov9650和ov9655的使用區(qū)別

這里主要列出兩者之間在復(fù)位信號上有差別，ov9650是高電平復(fù)位，而ov9655是低電平復(fù)位。