基于V4L2的视频驱动开发（1）

编写基于 V4L2 视频驱动主要涉及到以下几个知识点：

l 摄像头方面的知识

要了解选用的摄像头的特性，包括访问控制方法、各种参数的配置方法、信号输出类型等。

l Camera 解码器、控制器

如果摄像头是模拟量输出的，要熟悉解码器的配置。最后数字视频信号进入 camera 控制器后，还要熟悉 camera 控制器的操作。

l V4L2 的 API 和数据结构

编写驱动前要熟悉应用程序访问 V4L2 的方法及设计到的数据结构。

l V4L2 的驱动架构

最后编写出符合 V4L2 规范的视频驱动。

本文介绍基于 S3C2440 硬件平台的 V4L2 视频驱动开发。摄像头采用 OmniVision 公司的 OV9650 和 OV9655 。主要包含以下几个方面的内容：

l 视频驱动的整体驱动框架

l S3C2440 camera 控制器 +ov9650 （ ov9655 ）

l V4L2 API 及数据结构

l V4L2 驱动框架

l ov9650 （ ov9655 ） +s3c2440+V4L2 实例

一、 视频驱动的整体框架

视频驱动的整体框架见下图：

二、S3C2440 camera 控制器+ov9650 （ov9655 ）

（ 1 ） S3C2440 camera 控制器介绍

S3C2440 支持 ITU-R BT601/656 格式的数字图像输入 ，支持的 2 个通道的 DMA ， Preview 通道和 Codec 通道，参见下图。

Preview 通道可以将 YCbCr4:2:2 格式的图像转换为 RGB （ 16bit 或 24bit ）格式的数据，并存放于为 Preview DMA 分配的内存中，最大分辨率为 640*480 。主要用于本地液晶屏显示。如果将 Preview DMA 的内存和 Framebuffer 内存重叠的话，就可以实现采集直接输出到液晶屏上了。

Codec 通道可以输出 YCbCr4:2:0 或 YCbCr4:2:2 格式到为 Codec DMA 分配的内存中。最大分辨率为 4096*4096 。主要用于图像的编解码处理。

上图中的 window cut 功能是指在图像可以先做一个裁剪。通过设置 CIWDOFST 完成此功能，见下图。图像进入 P 、 C 通道后，各自的 scaler 单元还可以对其进行缩放、旋转等处理。

S3C2440 camera 控制器支持乒乓存储。为了防止采集和输出之间的冲突，采用了乒乓存储方式。每次采集一帧后，自动转到下一个存储区。如果你因为内存空间不足，不想使用此功能的话，可以将四个区域设置到同一块空间。

在做图像处理时，需要关注到最后存储区中的图像格式，如 codec 通道硬件自动把 Y 、 Cb 、 Cr 分离存储。

S3C2440 camera 控制器 Last IRQ 功能的使用，也是需要掌握的。如果处理不好，输出的图像效果会受影响。

控制器会在每个 VSYNC 下降沿判断 ImgCptEn 信号等命令。如果在下降沿发现 ImgCptEn 信号有效，则产生 IRQ 中断。然后才开始一帧图像的真正采集。而如果在 VSYNC 下降沿判断到 ImgCptEn 为低电平且之前 LastIRQEn 没有使能，则不会产生任何中断，且不会再进行下一帧的采集。如果你想在 ImgCptEn 关闭后，一帧采集完后产生一个中断通知你，那么就需要在最后一次中断产生前（ stop capturing 后的 vysnc 下将沿）使能 lastirq 就可以了。

我在移植 linux 驱动时就遇到了一个 Last IRQ 的问题。现象是输出图像上面总是有一条比其它部分反应慢。采集运动图像，就能看出现象。查看代码是因为没有设立 lastirq ，因为每次如果不在 lastirq 产生的情况下读取，图像缓冲中的数据是不稳定的，可能照成图像不完整。修改代码支持 lastirq 后，问题解决。

Camera 控制器时钟设置也是需要注意的， ov9650 需要 Camera 控制器为其提供时钟。

提供给外部摄像头的时钟是由 UPLL 输出时钟分频得到的。而 CAMIF 的时钟是由 HCLK 提供的。本例中，提供给 ov9650 的时钟为 24M 。

（ 2 ） ov9650 （ ov9655 ）设置方法

OV9650 是 OmniVision 公司的 COMS 摄像头， 130 万像素，支持 SXVGA 、 VGA 、 QVGA 、 CIF 等图像输出格式。 最大速率在 SXVGA 时为 15fps ，在 VGA 时为 30fps 。

OV9650 摄像头时序如下图：

上图中 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。

我手边开发板的 Camera 和 S3C2440 的接线原理图如下（对应 camera 中具体的信号名称参见前文的驱动整体架构图）。

注： GPG12 用于 PWEN 信号

（ 3 ）编写 ARM 测试代码测试 camera 功能

在 Keil 环境下编写一个测试代码完成从摄像头采集图像输出到液晶屏。下面列出程序的流程。

（ 4 ）编写测试代码过程中常见的问题

l 摄像头寄存器的配置

因为摄像头有很多寄存器，可能一下无法理解里面所有的配置含义，所以开始时希望得到一份可用的配置。但往往从别人的测试代码中拿到配置后，仍然无法使用。我这里列出几个可能的原因：（ 1 ）摄像头中的图像输出格式和你在 camera 控制器中设置的不一致，同一个摄像头可以设置多种输入格式，如： YCbYCr 或 CbYCrY 。（ 2 ）图像输出的一些时序和你的 camera 控制器设置不一致，摄像头可以设置一些时序，如：图像数据在 CAMPCLK 的上升沿有效还是下降沿有效。（ 3 ）注意输出图像的格式和 Framebuffer 控制器的匹配，如字节顺序等问题。

l Ov9650 和 ov9655 的使用区别

这里主要列出两者之间在复位信号上有差别， ov9650 是高电平复位，而 ov9655 是低电平复位。