Video4Linux框架簡介(5) - Streaming

2019-11-09 15:14:09

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供稿：網友

譯注：在前幾節我們介紹了如何初始化v4l2驅動的框架、查詢能力值、設置輸入/視頻標準/格式，但是還沒有真正地傳輸過一幀數據。

萬事俱備，只欠東風，本節將會重點介紹"流媒體"中的數據流。

流模式，數據流主要通過如下幾種方式進行傳輸：

●read/write接口：這種的基本比較少用。

●內存映射流 I / O：驅動程序分配的內存，mmap（）到用戶空間。

●用戶指針流 I / O：由用戶空間分配的內存，由于用戶空間的內存可能是零散的，只在虛擬空間上連續，因此需要分散 - 聚集DMA支持。

●DMABUF流 I / O：由另一個設備驅動分配的內存，導出為DMABUF文件處理程序并在此驅動程序中導入。

本例子使用的是第二種，驅動程序分配內存。

#include <media/videobuf2-dma-contig.h>         // 處理videobuf需添加的頭文件一共有三種，該頭文件代表使用的dma內存是連續的						//   離散dma使用  videobuf2-dma-sg.h，用戶空間內存使用 videobuf2-vmalloc.h struct skeleton {...struct vb2_queue queue;  //video buffer放置在該隊列中struct vb2_alloc_ctx *alloc_ctx; //用于分配內存的上下文spinlock_t ; //用于streaming的同步，和核心鎖配合使用struct list_head buf_list;unsigned int sequence;  //可以認為是幀號};struct skel_buffer {  //本地用于管理buffer的結構體struct vb2_buffer vb;struct list_head list;};static inline struct skel_buffer *to_skel_buffer(struct vb2_buffer *vb2){return container_of(vb2, struct skel_buffer, vb);}
/* 處理videobuf需添加的頭文件一共有三種，該頭 * 文件代表使用的dma內存是連續的離散dma使用 *  videobuf2-dma-sg.h，用戶空間內存使用  * videobuf2-vmalloc.h */ #include <media/videobuf2-dma-contig.h>     struct skeleton {...struct vb2_queue queue;  //video buffer放置在該隊列中struct vb2_alloc_ctx *alloc_ctx; //用于分配內存的上下文spinlock_t ; //用于streaming的同步，和核心鎖配合使用struct list_head buf_list;unsigned int sequence;  //可以認為是幀號};struct skel_buffer {  //本地用于管理buffer的結構體struct vb2_buffer vb;struct list_head list;};static inline struct skel_buffer *to_skel_buffer(struct vb2_buffer *vb2){return container_of(vb2, struct skel_buffer, vb);}
從上述代碼可以看出，在原有的skeleton結構體中需要添加一系列的成員以外，還需要skel_buffer用于本地管理內存。
static int skeleton_PRobe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *ent){...q = &skel->queue;q->type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; //代表是視頻捕獲設備，也就是Cameraq->io_modes = VB2_MMAP | VB2_DMABUF | VB2_READ;q->drv_priv = skel;q->buf_struct_size = sizeof(struct skel_buffer);q->ops = &skel_qops;  /* Required ops for USERPTR types: get_userptr, put_userptr.   * Required ops for MMAP types: alloc, put, num_users, mmap.   * Required ops for read/write access types: alloc, put, num_users, vaddr   * Required ops for DMABUF types: attach_dmabuf, detach_dmabuf, map_dmabuf,   *                unmap_dmabuf.    *   get more in videobuf2-core.h   */q->mem_ops = &vb2_dma_contig_memops; //使用v4l2框架的內存申請操作，開發者也可以根據系統情況自行定義                                                                                                    q->timestamp_type = V4L2_BUF_FLAG_TIMESTAMP_MONOTONIC;q->lock = &skel->lock;q->gfp_flags = GFP_DMA32; //系統支持32位dmaret = vb2_queue_init(q);if (ret)goto v4l2_dev_unreg;skel->alloc_ctx = vb2_dma_contig_init_ctx(&pdev->dev); //三種內存類型中只有dma連續內存需要                                                       //alloc_ctxif (IS_ERR(skel->alloc_ctx)) {dev_err(&pdev->dev, "Can't allocate buffer context");ret = PTR_ERR(skel->alloc_ctx);goto v4l2_dev_unreg;}INIT_LIST_HEAD(&skel->buf_list);spin_lock_init(&skel->qlock);...vdev->queue = q;...}以下這些都根據需要，驅動可以使用v4l2框架的實現或者自行實現。
static struct vb2_ops skel_qops = {.queue_setup = queue_setup,                             //在內存分配之前從VIDIOC_REQBUFS和VIDIOC_CREATE_BUFS處理程序調用，                                                        //如果* num_planes！= 0，在分配后驗證較少數量的buffer。驅動程序							//應該返回* num_buffers中所需的buffer數量以及* num_planes中每個buffer							//所需的planar數量；每個planar的大小應該在alloc_ctxs[] 數組中的sizes []數							//組和可選的每平面分配器特定上下文中設置。當從VIDIOC_REQBUFS，							// fmt == NULL調用時，驅動程序必須使用當前配置的格式，* num_buffers							//是正在分配的buffer總數。當從VIDIOC_CREATE_BUFS，fmt！= NULL調用時，							//它描述目標幀格式。在這種情況下，* num_buffers另外被分配到q-> num_buffers。.buf_prepare = buffer_prepare,                          //每次buffer從用戶空間queue入和VIDIOC_PREPARE_BUF ioctl時調用;驅動程序可以							//在該回調中的硬件操作之前執行任何初始化；如果返回錯誤，則buffer不							//會在驅動程序中排隊；.buf_queue = buffer_queue,                              //傳遞buffer vb到驅動程序;驅動器可以在該buffer上開始硬件操作；驅動程序							//應該通過調用vb2_buffer_done（）函數返回buffer;它調用STREAMON ioctl之							//后被調用;如果在調用STREAMON之前用戶預排隊buffer，可能在start_streaming							//回調之前調用.start_streaming = start_streaming,                     //只需調用一次進入“流”狀態;驅動程序可以在調用@start_streaming之前						        //接收帶有@buf_queue回調的buffer;驅動程序在count參數中獲取已排隊							//buffer的數量;驅動程序可能會返回錯誤，如果硬件失敗或沒有足夠的							//已排隊buffer，在這種情況下，所有已經由@buf_queue回調給出的buffer無效。.stop_streaming = stop_streaming,                       //當'streaming'狀態必須被禁用時調用;驅動程序應停止任何DMA事務或等待，							//直到它們完成并返回它從buf_queue（）獲得的所有buffer.wait_prepare = vb2_ops_wait_prepare,                   //釋放調用vb2函數時發生的任何鎖；因此有些驅動直接就命名為XXX_unlock；							//它在ioctl需要等待新的buffer到達之前被調用;需要避免阻塞訪問類型中的死鎖.wait_finish = vb2_ops_wait_finish,                     //重新獲取在wait_prepare中釋放的所有鎖;等待新的buffer到達后需要在繼續休眠前的操作};static const struct v4l2_ioctl_ops skel_ioctl_ops = {....vidioc_reqbufs = vb2_ioctl_reqbufs,.vidioc_querybuf = vb2_ioctl_querybuf,.vidioc_qbuf = vb2_ioctl_qbuf,.vidioc_dqbuf = vb2_ioctl_dqbuf,.vidioc_streamon = vb2_ioctl_streamon,.vidioc_streamoff = vb2_ioctl_streamoff,};static const struct v4l2_file_Operations skel_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = v4l2_fh_open,.release = vb2_fop_release,.unlocked_ioctl = video_ioctl2,.read = vb2_fop_read,.mmap = vb2_fop_mmap,.poll = vb2_fop_poll,};static int queue_setup(struct vb2_queue *vq,const struct v4l2_format *fmt,unsigned int *nbuffers,unsigned int *nplanes,unsigned int sizes[],void *alloc_ctxs[]){struct skeleton *skel = vb2_get_drv_priv(vq);if (*nbuffers < 3)*nbuffers = 3;*nplanes = 1;sizes[0] = skel->format.sizeimage;alloc_ctxs[0] = skel->alloc_ctx;return 0;}static int start_streaming(struct vb2_queue *vq, unsigned int count){struct skeleton *skel = vb2_get_drv_priv(vq);if (count < 2)              //這里控制在啟流前需要queue入buffer的最小個數return -ENOBUFS;skel->sequence = 0;/* TODO: start DMA */return 0;}static int stop_streaming(struct vb2_queue *vq){struct skeleton *skel = vb2_get_drv_priv(vq);struct skel_buffer *buf, *node;unsigned long flags;/* TODO: stop DMA *//* Release all active buffers */spin_lock_irqsave(&skel->qlock, flags);list_for_each_entry_safe(buf, node, &skel->buf_list, list) {vb2_buffer_done(&buf->vb, VB2_BUF_STATE_ERROR);list_del(&buf->list);}spin_unlock_irqrestore(&skel->qlock, flags);return 0;}static int buffer_prepare(struct vb2_buffer *vb){struct skeleton *skel = vb2_get_drv_priv(vb->vb2_queue);unsigned long size = skel->format.sizeimage;if (vb2_plane_size(vb, 0) < size) {dev_err(&skel->pdev->dev, "buffer too small (%lu < %lu)/n",vb2_plane_size(vb, 0), size);return -EINVAL;}vb2_set_plane_payload(vb, 0, size);vb->v4l2_buf.field = skel->format.field;return 0;}static void buffer_queue(struct vb2_buffer *vb){struct skeleton *skel = vb2_get_drv_priv(vb->vb2_queue);struct skel_buffer *buf = to_skel_buffer(vb);unsigned long flags;spin_lock_irqsave(&skel->qlock, flags);list_add_tail(&buf->list, &skel->buf_list);/* TODO: Update any DMA pointers if necessary */spin_unlock_irqrestore(&skel->qlock, flags);}
在buffer被DMA填充后的中斷處理函數：static irqreturn_t skeleton_irq(int irq, void *dev_id){struct skeleton *skel = dev_id;/* TODO: handle interrupt */if (captured_new_frame) {...spin_lock(&skel->qlock);list_del(&new_buf->list);spin_unlock(&skel->qlock);new_buf->vb.v4l2_buf.sequence = skel->sequence++;v4l2_get_timestamp(&new_buf->vb.v4l2_buf.timestamp);vb2_buffer_done(&new_buf->vb, VB2_BUF_STATE_DONE);}return IRQ_HANDLED;}最后，在如下函數中
skeleton_s_input()
skeleton_s_std()
skeleton_s_dv_timings()
skeleton_s_fmt_vid_cap() 
增加這項檢查:
if(vb2_is_busy(&skel->queue))
return-EBUSY;