摄像头驱动程序彻底分析

前言

先前已经分析过V4L2的框架，并且使用了xawtv测试了vivi虚拟驱动程序，对框架的分析并没有深入结构，比如说ioctl有很多，但是并不清楚哪些是必须的，哪些可以不要。并且也不知道测试程序是如何拿到视频数据的。本文将介绍如何根据虚拟驱动vivi的使用过程彻底分析摄像头驱动。

第1章vivi测试补充

1.1加载vivi.ko失败现象

加载vivi.ko驱动之前，先加载

videobuf-core.ko

videobuf-vmalloc.ko

v4l2-common.ko

这3个模块，然后就可以加载vivi.ko成功了。然而换了一台电脑，再执行一遍就不行了，在加载v4l2-common.ko时执行“sudo insmod v4l2-common.ko”打印信息提示如下：Insmod:error inserting ‘v4l2-common.ko’:-1 Unknown symbol in module

使用dmesg命令查看详细信息：

v4l2_common:Unknown symbol v4l2_device_register_subdev

v4l2_common:Unknown symbol v4l2_device_unregister_subdev

那么为什么原来的电脑可以正常加载驱动，现在的电脑就不行了呢？

1.2 加载vivi.ko失败原因

这是因为先前电脑测试时是先插上的UVC摄像头测试的，这时电脑会自动加载对应的v4l2相关的驱动ko，这个时候再加载vivi.ko驱动的时候就不缺少相应的symbol。而换了一台电脑没有插uvc摄像头驱动，所以问题就出现了。

解决办法----依次执行下面三步骤：

sudo modprobe vivi //安装ubuntu自带的驱动程序

sudo rmmod vivi //卸载内核自带的vivi驱动

sudo insmod vivi.ko //安装自己编译出的vivi.ko

1.3 insmod与modprobe

insmod 和modprobe 都是载入kernel module，不过一般差别于modprobe 能够处理module 载入的相依问题。比方你要载入 a module，不过 a module 需求系统先载入 b module 时，直接用insmod 挂入通常都会出现错误讯息，不过modprobe 倒是能够知道先载入b module 后才载入a module，如此相依性就会满足。不过modprobe 并不是大神，不会厉害到知道module 之间的相依性为何，该程式是读取/lib/modules//modules.dep 档案得知相依性的。而该档案是透过depmod 程式所建立。

第2章分析xawtv源码

2.1 获取xawtv源码

要想分析详细的使用过程，我们需要得到应用程序xawtv的源码，可以从下面网站获得：/releases/xawtv/

下载源码后建立一个sourceinsight工程，当然可以从main开始分析，看看涉及到哪些系统调用。但是这样会非常复杂，因为xawtv除了调用vivi驱动程序之外，还有其他很多的工作，如何快捷的知道有哪些调用呢？

有一个办法，使用strace工具可以看出xawtv使用了哪些系统调用。

2.2 strace工具

使用方法：strace –o xxx.log cmd

cmd为命令，执行cmd命令时会将涉及到的系统调用（open，read，write）都会记录到到xxx.log中。

执行”strace –o xawtv.log xawtv”，在当前目录生成xawtv.log，将该文件拷到PC机上，下面对该文件进行分析。

2.3 分析xawtv.log

2.3.1 提取xawtv.log中的系统调用信息

使用UltraEdit打开xawt.log，xawtv不指定设备打开时是默认打开video0，因此上节操作的是video0，因为文件内容比较多，我们需要先得到我们关系的东西，搜索“/dev/video0”，得到如下图：

可以看出open打开两次，第一次打开后发现ioctl用不了，因此close，然后打开第2次。可以看出open之后，得到一个文件句柄“4”，后面接了一大堆ioctl。搜索“(4,”，就可以看出涉及到哪些调用了。勾选搜索对话框的“列出包含字符串的行”，搜索如下图：

复制搜索到的结果，存为新的文件“xawtv涉及的vivi驱动的系统调用.txt”。

下面根据这个文本文件把里面涉及的ioctl等等系统调用全部分析一遍。实验使用的ubuntu的内核版本是2.6.31.14，需要结合这版本内核的vivi.c来分析，先看一下它所涉及的系统调用。

从xawtv.log可以看出，open之后，涉及到的第一个系统调用是：

open("/dev/video0", O_RDWR|O_LARGEFILE) = 4

ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP or VT_OPENQRY, 0x8f0b998) = -1 EINV AL (Invalid argument)

close(4)

ioctl失败，然后关闭。

我们重点关注第2次open后面的内容，如下：

详细如下：

open("/dev/video0", O_RDWR|O_LARGEFILE) = 4

ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP or VT_OPENQRY, 0xbf90a2e4) = 0

ioctl(4, VIDIOC_G_FMT or VT_SENDSIG, 0xbf90a218) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0xbf90a18c) = 0

ioctl(4, 0xc02c564a, 0xbf90a0f8) = -1 EINV AL (Invalid argument)

ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0xbf90a18c) = 0

ioctl(4, 0xc02c564a, 0xbf90a0f8) = -1 EINV AL (Invalid argument)

ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0xbf90a18c) = 0

ioctl(4, 0xc02c564a, 0xbf90a0f8) = -1 EINV AL (Invalid argument)

ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0xbf90a18c) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0xbf90a18c) = -1 EINV AL (Invalid argument)

ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP or VT_OPENQRY, 0xbf90a124) = 0

ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT, 0xbf909fcc) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT, 0xbf909fcc) = 0

fstat64(4, {st_mode=S_IFCHR|0660, st_rdev=makedev(81, 0), ...}) = 0

ioctl(4, MA TROXFB_TVOQUERYCTRL or VIDIOC_QUERYCTRL, 0xbf90a018) = -1 EINV AL (Invalid argument)

ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP or VT_OPENQRY, 0x8f0b998) = 0

fcntl64(4, F_SETFD, FD_CLOEXEC) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT, 0x8f0bacc) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT, 0x8f0bb18) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT, 0x8f0bb64) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT, 0x8f0bbb0) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT, 0x8f0bbfc) = -1 EINV AL (Invalid argument)

ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0bf8c) = 0

水调歌头原文ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0bfcc) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0c00c) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0c04c) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0c08c) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0c0cc) = 0

waterioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0c10c) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD, 0x8f0c14c) = -1 EINV AL (Invalid argument)

ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0x8f0c38c) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0x8f0c3cc) = 0

ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT or VT_SETMODE, 0x8f0c40c) = 0

…

ioctl(4, VIDIOC_G_PARM, 0x8f0ba00) = 0

ioctl(4, MATROXFB_TVOQUERYCTRL or VIDIOC_QUERYCTRL, 0x8f0cb8c) = 0

ioctl(4, MATROXFB_TVOQUERYCTRL or VIDIOC_QUERYCTRL, 0x8f0cbd0) = 0

ioctl(4, MATROXFB_TVOQUERYCTRL or VIDIOC_QUERYCTRL, 0x8f0cc14) = 0

…

ioctl(4, VIDIOC_G_STD, 0xbf90a3a8) = 0

ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT, 0xbf90a3bc) = 0

cba大牌外援ioctl(4, MATROXFB_G_TVOCTRL or VIDIOC_G_CTRL, 0xbf90a3b4) = 0

ioctl(4, MATROXFB_G_TVOCTRL or VIDIOC_G_CTRL, 0xbf90a3b4) = 0

ioctl(4, MATROXFB_G_TVOCTRL or VIDIOC_G_CTRL, 0xbf90a3c4) = 0

ioctl(4, VIDIOC_TRY_FMT, 0x8f0dca4) = 0

ioctl(4, VIDIOC_S_FMT or VT_RELDISP, 0xbf909cf4) = 0

ioctl(4, VIDIOC_TRY_FMT, 0x8f0dca4) = 0

ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS or VT_DISALLOCA TE, 0x8f0dd80) = 0

ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF or VT_RESIZE, 0x8f0dd94) = 0

ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF or VT_RESIZE, 0x8f0ddd8) = 0

ioctl(4, VIDIOC_QBUF, 0x8f0dd94) = 0

ioctl(4, VIDIOC_QBUF, 0x8f0ddd8) = 0

ioctl(4, VIDIOC_STREAMON, 0xbf909fcc) = 0

ioctl(4, MATROXFB_S_TVOCTRL or VIDIOC_S_CTRL, 0xbf90a3b0) = 0

低值易耗品摊销ioctl(4, MATROXFB_S_TVOCTRL or VIDIOC_S_CTRL, 0xbf90a3b0) = 0

ioctl(4, MATROXFB_S_TVOCTRL or VIDIOC_S_CTRL, 0xbf90a3b0) = 0

ioctl(4, VIDIOC_S_INPUT, 0xbf90a424) = 0

ioctl(4, VIDIOC_S_STD, 0x8f0bf90) = 0

ioctl(4, VIDIOC_DQBUF, 0xbf90a2a0) = 0

ioctl(4, VIDIOC_QBUF, 0x8f0dd94) = 0

ioctl(4, VIDIOC_DQBUF, 0xbf90a2a0) = 0

ioctl(4, VIDIOC_QBUF, 0x8f0ddd8) = 0

ioctl(4, VIDIOC_DQBUF, 0xbf90a2a0) = 0

…..

2.3.2涉及的系统调用

由上小节可得系统调用顺序：

1、open("/dev/video0", O_RDWR|O_LARGEFILE) = 4-------打开设备

2、ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP

3、ioctl(4, VIDIOC_G_FMT-----获得摄像头数据的格式

4、for() ---从上图可以看出连续多次调用，从下面分析xawtv源码也可以看出。

ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT-----列举出摄像头支持的格式

5、ioctl(4, 0xc02c564a, 0xbf90a0f8) = -1 EINV AL (Invalid argument)-----Invalid先不管

6、ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP

7、ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT-----------获得当前使用的输入源

8、ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT------列举出输入源，数据可能有多个通道

9、ioctl(4, VIDIOC_QUERYCTRL-------查询属性，比如亮度，对比度

10、ioctl(4, VIDIOC_QUERYCAP

11、fcntl64(4, F_SETFD, FD_CLOEXEC)-----当应用程序关闭，并且不是直接调用close

来关闭这个文件的话，系统帮忙来关闭

亚克力水族箱12、for()

ioctl(4, VIDIOC_ENUMINPUT------列举出输入源，数据可能有多个通道

13、for()

ioctl(4, VIDIOC_ENUMSTD----------列举标准制式

14、for()

ioctl(4, VIDIOC_ENUM_FMT---------列举支持的格式

15、ioctl(4, VIDIOC_G_PARM---------获取参数

16、for()

ioctl(4, VIDIOC_QUERYCTRL -----查询属性，比如亮度，最小值，最大值，默认值

17、ioctl(4, VIDIOC_G_STD------获得当前使用的标准制式，摄像头所支持的制式是PAL，还是NTSC等

18、ioctl(4, VIDIOC_G_INPUT----当前使用的哪一个通道

19、for()

ioctl(4, VIDIOC_G_CTRL------获得当前的属性，比如亮度，对比度

20、ioctl(4, VIDIOC_TRY_FMT-----试试能否支持某种格式，比如RGB，YUV

21、ioctl(4, VIDIOC_S_FMT-----设置摄像头使用某种格式（尝试成功后）

22、ioctl(4, VIDIOC_REQBUFS-----请求系统分配缓冲区

23、ioctl(4, VIDIOC_QUERYBUF----查询所分配的缓冲区

24、for()

ioctl(4, VIDIOC_QBUF-----把缓冲区放入队列

25、ioctl(4, VIDIOC_STREAMON------启动摄像头

26、for()

ioctl(4, VIDIOC_S_CTRL------设置属性，比如亮度

27、ioctl(4, VIDIOC_S_INPUT---------设置输入源

28、ioctl(4, VIDIOC_S_STD------------设置标准（制式）

29、

for()

{

select(5, [4], NULL, NULL, {5, 0}) //查询是否有数据

ioctl(4, VIDIOC_DQBUF-----------de-queque，把缓冲区从队列中取出

/*处理*/

ioctl(4, VIDIOC_QBUF-------------处理完后把缓冲区放入队列

}

VIDIOC_ENUM_FMT有多次使用，在sourcesight里面搜索下xawtv源码，发现在drv0-v4l2.c中有用到VIDIOC_ENUM_FMT，是一个for循环。

for (h->nfmts = 0; h->nfmts < MAX_FORMA T; h->nfmts++) {

h->fmt[h->nfmts].index = h->nfmts;

h->fmt[h->nfmts].type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

if (-1 == xioctl(h->fd, VIDIOC_ENUM_FMT, &h->fmt[h->nfmts], EINVAL))

break;

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摄像头驱动程序彻底分析

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