Linux環(huán)境下的USB攝像頭驅動(dòng)開(kāi)發(fā)

摘要：嵌入式環(huán)境下的USB攝像頭驅動(dòng)需要充分利用USB總線(xiàn)與內核中的USB核心密切配合并且保證數據流的高速與穩定。本文從Linux內核的USB核心模塊出發(fā)，遵循Video4Linux接口標準，采用urb策略與內存映射的方式以提高數據讀取速度，設計開(kāi)發(fā)了基于Linux環(huán)境下的USB攝像頭驅動(dòng)，并在A(yíng)RM9實(shí)驗平臺上對該驅動(dòng)程序進(jìn)行了測試與分析。

linux操作系統文章專(zhuān)題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）

引言

　　嵌入式圖像處理的應用范圍隨著(zhù)嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展而不斷擴大，攝像頭作為數字圖像采集的基礎，驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)顯得尤為重要。作為操作系統內核與硬件設備之間的接口，驅動(dòng)程序是否優(yōu)良，直接影響著(zhù)硬件設備能否正常、高效運轉。帶有USB(通用串行總線(xiàn))接口的攝像頭因其具有支持熱插拔、接口通用性好、實(shí)時(shí)性強、較高的傳輸速率、低成本、易于擴展等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。但是嵌入式系統中支持USB攝像頭的驅動(dòng)程序很少，因此，研究和開(kāi)發(fā)嵌入式環(huán)境下的USB攝像頭驅動(dòng)程序具有應用價(jià)值和現實(shí)意義。

USB攝像頭驅動(dòng)程序構架

　　設備驅動(dòng)程序是計算機軟、硬件之間存在的悖論的產(chǎn)物：軟件和硬件不應該互相滲透到對方的領(lǐng)域。因此，設備驅動(dòng)程序是介于操作系統與硬件之間，將硬件設備的具體工作細節對操作系統內核完全屏蔽的接口。用戶(hù)的操作通過(guò)標準化的調用執行，經(jīng)設備驅動(dòng)程序映射到實(shí)際的硬件設備上。

　　由于在不同的環(huán)境下通常需要不同的方式來(lái)操作硬件，所以在編寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)硬件的設備驅動(dòng)程序時(shí)，不能給用戶(hù)強加任何特定的策略(策略，既是如何使用這些功能[1])。驅動(dòng)程序應該處理如何使硬件工作的問(wèn)題，而將怎樣使用硬件的問(wèn)題留給上層應用程序，即驅動(dòng)程序的作用在于提供機制(機制，既是需要提供什么功能[1])。

USB子系統分析

　　一個(gè)USB子系統是由幾個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)的連接方式構建而成的樹(shù)狀結構，在該系統中USB只是擔當設備和主控制器之間通信通道的角色，對它所發(fā)送或者接受的數據沒(méi)有任何特殊的內容和結構上的要求。

　　Linux內核支持兩種主要類(lèi)型的USB驅動(dòng)程序：宿主系統上的驅動(dòng)程序和設備上的驅動(dòng)程序[2]。宿主系統上的USB驅動(dòng)程序控制插入其中的USB設備，而設備上的驅動(dòng)程序則控制該設備如何與主機通信。

　　Linux內核提供了USB核心模塊，該模塊將不同類(lèi)型的USB主控制器完全屏蔽，而為上層的USB設備驅動(dòng)程序提供了用于訪(fǎng)問(wèn)和控制USB設備的接口(如圖1)。因此USB核心模塊將USB主控制器和USB設備驅動(dòng)程序隔開(kāi)，也同時(shí)將USB驅動(dòng)程序的編寫(xiě)與具體的硬件隔開(kāi)。

驅動(dòng)模塊構架

　　每個(gè)硬件設備在操作系統內核中都對應一個(gè)驅動(dòng)模塊。USB攝像頭設備在內核中表現為一個(gè)字符設備，并且屬于視頻類(lèi)的硬件設備。Linux內核為視頻類(lèi)設備提供了內核接口Video4Linux，該內核接口使得Linux環(huán)境下的上層應用程序可以像訪(fǎng)問(wèn)普通文件一樣對其進(jìn)行讀寫(xiě)操作。因此該驅動(dòng)模塊提供的機制應該符合Video4Linux接口：