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基于V4L2的視頻驅動開發（1）

編寫基于V4L2視頻驅動主要涉及到以下幾個知識點：

●    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。后數字視頻信號進入camera控制器后，還要熟悉camera控制器的操作。

●    V4L2的API和數據結構
                編寫驅動前要熟悉應用程序訪問V4L2的方法及設計到的數據結構。

●    V4L2的驅動架構
                后編寫出符合V4L2規范的視頻驅動。

本文介紹基于S3C2440硬件平臺的V4L2視頻驅動開發。攝像頭采用OmniVision公司的OV9650和OV9655。主要包含以下幾個方面的內容：

視頻驅動的整體驅動框架

●    3C2440 camera控制器+ov9650（ov9655）
        ●    V4L2 API及數據結構
        ●    V4L2驅動框架
        ●    ov9650（ov9655）+s3c2440+V4L2實例

一、 視頻驅動的整體框架

視頻驅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格式的數字圖像輸入，支持的2個通道的DMA，Preview通道和Codec通道，參見下圖。

Preview通道可以將YCbCr4:2:2格式的圖像轉換為RGB（16bit或24bit）格式的數據，并存放于為Preview DMA分配的內存中，大分辨率為640*480。主要用于本地液晶屏顯示。如果將Preview DMA的內存和Framebuffer內存重疊的話，就可以實現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裁剪。通過設置CIWDOFST完成此功能，見下圖。圖像進入P、C通道后，各自的scaler單元還可以對其進行縮放、旋轉等處理。

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，自動轉到下一個存儲區。如果你因為內存空間不足，不想使用此功能的話，可以將四個區域設置到同一塊空間。

在做圖像處理時，需要關注到后存儲區中的圖像格式，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VSYNC下降沿判斷ImgCptEn信號等命令。如果在下降沿發現ImgCptEn信號有效，則產生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，則不會產生任何中斷，且不會再進行下一幀的采集。如果你想在ImgCptEn關閉后，一幀采集完后產生一個中斷通知你，那么就需要在后一次中斷產生前（stop capturing后的vysnc下將沿）使能lastirq就可以了。

我在移植linux驅動時就遇到了一個Last IRQ的問題。現象是輸出圖像上面總是有一條比其它部分反應慢。采集運動圖像，就能看出現象。查看代碼是因為沒有設立lastirq，因為每次如果不在lastirq產生的情況下讀取，圖像緩沖中的數據是不穩定的，可能照成圖像不完整。修改代碼支持lastirq后，問題解決。

Camera控制器時鐘設置也是需要注意的，ov9650需要Camera控制器為其提供時鐘。

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

（2）ov9650（ov9655）設置方法

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時為15fps，在VGA時為30fps。

OV9650攝像頭時序如下圖：

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。

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

注：GPG12用于PWEN信號

OV9650攝像頭設置方法是通過SCCB總線設置

SCCB可以看作是一種簡化的I2C總線，可以使用IO模擬SCCB時序。

（3）編寫ARM測試代碼測試camera功能

在Keil環境下編寫一個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

因為攝像頭有很多寄存器，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控制器中設置的不一致，同一個攝像頭可以設置多種輸入格式，如：YCbYCr或CbYCrY。（2）圖像輸出的一些時序和你的camera控制器設置不一致，攝像頭可以設置一些時序，如：圖像數據在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，如字節順序等問題。

●    Ov9650和ov9655的使用區別

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