v4l2驱动框架简介

简介
v4l2全称是video for linux version2，是linux系统中的视频驱动框架，包括视频输入（如摄像头），视频输出（如VGA输出等），视频编解码等等数据流管理功能；本章节主要针对视频输入设备（如摄像头）；
摄像头数据流
摄像头数据从内核空间（驱动）传输到用户空间（APP）主要有两种方法：
a：通过数据拷贝的方式，用户空间通过read系统调用进入内核空间，内核空间驱动通过v4l2_file_operations->read读函数里调用copy_to_user函数将视频数据拷贝到用户空间，这种方法效率低下，对于图像视频这种数据量大的不是特别适合；
b：通过指针传递的方式；用户空间和内核空间之间通过数据指针进行数据传递，用户空间把处理好的视频帧指针传递内内核驱动，内核把采集的数据写到内存buffer中并返回新的buffer指针给用户空间；这种效率高，适合视频这种大数据量传输；该方法实现有两种：
①buffer内存在用户空间申请，用户空间把申请好的buffer指针传递给内核驱动层；
②buffer内存在内核空间申请，用户空间通过mmap函数内存映射获取到buffer指针；

上图为摄像头数据流向示意图；v4l2驱动中会维护queue_list和done_list两个存储buffer指针的队列；
①用户空间app端会向内核申请已经写入新数据的buffer，内核空间驱动从done_list队列中返回buffer指针；
②app得到buffer数据进行处理，处理完成后将buffer提交给内核，内核将app提交的buffer添加到queue_list队列中；
③内核驱动从queue_list队列中取出空闲的buffer，并写入最新的视频数据，当一帧数据更新完后，将该buffer加入到 done_list队列中等待app获取；

v4l2驱动框架

通常处理器controler和subdev子设备的代码是分开的，比如摄像头驱动，cpu端camera controler部分的代码是芯片原厂实现，摄像头控制部分的代码是摄像头原厂提供，以子设备的形式注册到内核；
camera controler部分的代码其功能一般包括图像数据的采集、图像buffer管理以及子设备的管理和media数据通路管理等；子设备部分负责该子设备的设置，以及提供函数接口给camera controler端使用；
camera controler端主要抽象的结构体：
v4l2_device：用于整个v4l2驱动的统筹管理的，包括子设备（可以由多个）、media framwork等等；
video_device：用于生成设备节点（/dev/videoX），给用户提供操作接口，如查询/设置参数、获取buffer数据、向内核提交处理好的buffer等等；
vb2_queue：提供一套完整的视频buffer的管理功能，包括buffer的申请，buffer在内核和用户空间之间的切换等等；
v4l2_async_notifier：用于子设备的异步注册，subdev子设备的注册通常和controler部分设备的注册时分开的，controler部分需要通过v4l2_async_notifier查找匹配子设备并将其注册到v4l2_device进行统一管理；其匹配规则可以通过设备名称、自定义函数、i2c设备等；
media_device：该结构体主要用于数据通道的控制，复杂的v4l2设备驱动可能有很多功能各异的子设备，数据流的流向控制可以通过media framwork进行控制；

subdev子设备端主要抽象的结构体：
v4l2_subdev：子设备抽象结构体，提供子设备的基本参数设置及函数接口；
v4l2_ctrl_handler：主要用于注册子设备的ioctl（VIDIOC_G_CTRL/VIDIOC_S_CTRL）控制命令，如设置亮度等；
该节值只是简单的介绍一下v4l2驱动框架的数据流及其主要的抽象结构体的功能，后续有时间会进行展开；

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