Linux系統(tǒng)下USB攝像頭驅(qū)動開發(fā)

摘要：介紹了在Iinux系統(tǒng)下開發(fā)符合Video for Linux標(biāo)準(zhǔn)的USB攝像頭驅(qū)動的方法，并對該標(biāo)準(zhǔn)提出“不間斷采集”的改進(jìn)思路，配合雙URB、雙幀緩沖等方法，提高采集速度。

USB攝像頭以其良好的性能和低廉的價(jià)格得到廣泛應(yīng)用。同時因其靈活、方便的特性，易于集成到嵌入式系統(tǒng)中。但是如果使用現(xiàn)有的符合Video for Linux標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動程序配合通用應(yīng)用程序，難以充分利用USB帶寬，幀速不高，不易滿足實(shí)時監(jiān)控等要求。本文首先介紹在Linux系統(tǒng)下USB攝像頭驅(qū)動編制的一般方法，然后說明在此基礎(chǔ)上如何提高幀速。

1 Linux系統(tǒng)中的USB攝像頭驅(qū)動程序

USB設(shè)備驅(qū)動程序完全符合通用設(shè)備驅(qū)動的準(zhǔn)則，不同的是內(nèi)核提供了一些特別的API函數(shù)，方便驅(qū)動注冊、銷毀自己，例如usb_reSister()和usb_dereSister()；2．4版的內(nèi)核還提供了對于hotplug的支持。

1．1 USB攝像頭驅(qū)動的一般編寫方法

攝像頭屬于視頻類設(shè)備。在目前的Linux核心中，視頻部分的標(biāo)準(zhǔn)是Video for Linux(簡稱V4L)。這個標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)定義了一套接口，內(nèi)核、驅(qū)動、應(yīng)用程序以這個接口為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行交流。目前的V4L涵蓋了視、音頻流捕捉及處理等內(nèi)容，USB攝像頭也屬于它支持的范疇。

因此，USB攝像頭的驅(qū)動應(yīng)當(dāng)與內(nèi)核提供的視頻驅(qū)動掛鉤。即首先在驅(qū)動中聲明一個video_device結(jié)構(gòu)，并為其指定文件操作函數(shù)指針數(shù)組．fops，向系統(tǒng)注冊。在應(yīng)用程序發(fā)出文件操作的相關(guān)命令時，核心根據(jù)這些指針調(diào)用相應(yīng)函數(shù)，并將該結(jié)構(gòu)作為參數(shù)傳遞給它們。這樣，就完成了驅(qū)動和核心之間的通信。例如：

static struct video_device vdev_template＝{……}；

／／聲明video_device，指出掛接驅(qū)動

static struct file_operations ov511_fops＝{……}；

／／聲明本驅(qū)動的文件操作函數(shù)指針

struct video_device*vdev＝video_devdata(file)；

／／從文件指針中提取出video_device結(jié)構(gòu)

在video_device結(jié)構(gòu)中，有一個私有指針priv，可以將它指向一塊保留內(nèi)存。在這塊內(nèi)存中，保存著本驅(qū)動、本設(shè)備的相關(guān)初始化信息。這塊內(nèi)存的申請、初始化、指針指向等工作都是在USB驅(qū)動的枚舉函數(shù).probe中完成。這樣，在枚舉函數(shù)將控制權(quán)返還給系統(tǒng)后，因?yàn)閮?nèi)核不銷毀保留內(nèi)存，所以驅(qū)動仍然保留著自己的信息。這點(diǎn)與Windows系統(tǒng)中WDM驅(qū)動有異曲同工之處。當(dāng)然，在驅(qū)動卸載函數(shù)中，應(yīng)當(dāng)將申請的各塊內(nèi)存全部釋放。

1．2 使用雙URB輪流通信

眾所周知，USBl．1總線標(biāo)準(zhǔn)定義了控制、中斷、批量、等時等四種管道。對于時間性極強(qiáng)但是準(zhǔn)確度要求不高的視頻捕捉應(yīng)用來說，攝像頭應(yīng)當(dāng)使用等時傳輸方式。為了盡可能快地得到圖像數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)在URB中指定USB_ISO_ASAP標(biāo)志。

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