基于A(yíng)RM和CCD的視頻采集模塊驅動(dòng)設計

2 驅動(dòng)設計

本系統驅動(dòng)主要包括兩大部分：處理器S3C6410的Camera接口驅動(dòng)和視頻解碼器驅動(dòng)。Camera接口驅動(dòng)為上層的應用程序提供了底層支持，遵循V4L2標準;視頻解碼器TVP5150驅動(dòng)完成了I2C設備的注冊，遵循I2C通訊協(xié)議，實(shí)現了讀寫(xiě)內部寄存器的接口函數。

2.1 Camera接口驅動(dòng)

V4L2(Video For TWO)是Linux內核中關(guān)于視頻設備的API接口，主要用來(lái)對視頻設備進(jìn)行開(kāi)關(guān)、采集、輸出等操作。在嵌入式系統中多采用Linux作為其軟件平臺，V4L2是Linux2.6采用的內核驅動(dòng)模型，與之前版本的V4L存在很大差別。V4L2使在Linux下開(kāi)發(fā)視頻設備驅動(dòng)程序具有統一的接口規范，這套規范給驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)提供了清晰的模型和接口。應用程序處于最上層，硬件設備處于最下層，這套規范就處于中間層。在Linux2.6發(fā)行版之前此類(lèi)規范都是V4L，它將所有的視頻設備驅動(dòng)程序都放在其管理中，為編程人員減少了大量的工作。

本方案采用Linux為操作系統，內核版本為3.0.1，相對之前的linux2.6.28而言，內核版本進(jìn)行了升級，升級之后的linux3.0.1版本兼容了更多的硬件，修復了之前系統中的bug和某些資源的沖突問(wèn)題，系統安全性能得到了顯著(zhù)提高。Camera接口驅動(dòng)正是按照V4L2標準來(lái)完成的。s3c_time_core.c文件實(shí)現了設備的注冊和大部分系統調用，是驅動(dòng)的核心，v4l2接口的ioctl系統調用依靠s3c_time_v4l2.c來(lái)實(shí)現。

在Linux操作系統中，設備被映射為特殊的文件，設備驅動(dòng)程序為各種設備提供一致的訪(fǎng)問(wèn)接口，應用程序通過(guò)調用open、close、rea d、write等函數去操作相應的設備文件來(lái)訪(fǎng)問(wèn)設備。open()函數用來(lái)打開(kāi)視頻文件設備;camera接口底層的讀寫(xiě)用read()和write()實(shí)現;mmap()取代了以前的copy_to_user()方式，用內存映射方式把設備內存映射到應用程序內存中，從而直接處理設備內存;當video_device配置完畢，在s3c_time_probe()中通過(guò)video_register_device()函數完成注冊。

2.2 TVP5150驅動(dòng)

2.2.1 Linux下I2C驅動(dòng)體系結構

I2C總線(xiàn)是由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線(xiàn)標準，用于連接微控制器及其外圍設備，其最主要的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單性和有效性。Linux系統中把I2C設備當作一個(gè)普通的字符設備來(lái)處理，對I2C設備具有很好的支持，Linux下的I2C體系結構分為3個(gè)組成部分：I2C核心、I2C總線(xiàn)驅動(dòng)和I2C設備驅動(dòng)。

I2C核心是內核用來(lái)維護和管理I2C的核心部分，提供了I2C總線(xiàn)驅動(dòng)和設備驅動(dòng)的注冊，注銷(xiāo)方法，I2C總線(xiàn)驅動(dòng)是對I2C硬件體系結構中適配器端的實(shí)現，主要包含了I2C適配器數據結構i2c_adapter、I2C適配器的algorithm數據結構i2c_algorithm和控制I2C適配器產(chǎn)生通信信號的函數。I2C設備驅動(dòng)是對I2C硬件體系結構中設備端的實(shí)現，設備一般掛接在受CPU控制的I2C適配器上，通過(guò)I2C適配器與CPU交換數據。I 2C設備驅動(dòng)主要包含了數據結構i2c_driver和i2c_client，我們需要根據具體設備實(shí)現其中的成員函數。Linux I2C體系結構圖如圖3所示。

2.2.2 TVP5150驅動(dòng)實(shí)現

Linux3.0.1相對linux2.6.28而言驅動(dòng)程序函數接口發(fā)生了一些變化，驅動(dòng)程序進(jìn)行了優(yōu)化，TVP5150驅動(dòng)具體實(shí)現如下：TVP5150驅動(dòng)程序首先要實(shí)現對I2C core層的接口，用以?huà)旖覫2C adapter層來(lái)實(shí)現對I2C總線(xiàn)及I2C設備具體的訪(fǎng)問(wèn)方法，主要包括需要編寫(xiě)TVP5150_ init()、TVP5150_probe()、TVP5150_remove()等接口函數。

tvp5150_init()初始化函數，主要調用i2C_add_driver(&tvp5150_i2c_driver)添加設備驅動(dòng)。

tvp5150_probe()在使用i2C_add_driver()注冊時(shí)被調用，用來(lái)檢查被發(fā)現的所有的I2C適配器是否符合I2C驅動(dòng)的特定條件，如果符合相關(guān)條件則進(jìn)行連接，并通I2C適配器來(lái)實(shí)現對I2C總線(xiàn)及I2C設備的訪(fǎng)問(wèn)。

tvp5150_remove()在刪除Tvp5150時(shí)被調用，使Tvp5150解碼器脫離I2C適配器，并且清除描述該設備相關(guān)數據結構。

本文的驅動(dòng)程序主要實(shí)現以下環(huán)節：

首先增加了填充camera接口的結構體：static struct s3c_fimc_camera tvp5150_da-ta，結構體中主要描述了攝像頭的參數，比如圖像尺寸720x240，圖像格式ITU_656_YCBCR422_8BIT，像素頻率27 MHz等。這些數據在初始化camera接口時(shí)要用到。在tvp5150_probe(struct i2c_client*c，const structi2c_device_id*id)函數中增加了一個(gè)函數接口s-3c_fime_register_camera(&tvp5150_data)用于把上面這個(gè)結構體填入struct s3c_fimc_config s3c_fimc這個(gè)全局變量中，其次定義tvp5150驅動(dòng)配置參數的結構體tvp5150_i2c_driver，在tvp5150_in it()函數中調用i2c_add_driver(&tvp5150_i2c_driver)添加驅動(dòng)，之后tvp5150_probe()被調用時(shí)tvp5150_attach_adapter()會(huì )被調用，通過(guò)遍歷系統中的所有I2C總線(xiàn)驅動(dòng)來(lái)探測Tvp5150，然后調用內核中已經(jīng)注冊的適配器來(lái)連接Tvp5150。tvp5-150_attach_adapter()函數主要調用i2c_detect(adapter，driver)函數來(lái)探測設備，探測到目標設備之后創(chuàng )建一個(gè)strnct i2c_client結構來(lái)標識這個(gè)設備。

初始化Tvp5150內部特殊功能寄存器的操作主要通過(guò)tvp5150_probe()函數來(lái)實(shí)現，函數中調用i2c_smbus_write_byte_data(c，TVP5150 _init_reg[i].subaddr，TVP5150_init_reg[i].value)來(lái)完成寄存器的設置，從而完成了初始化tvp5150的過(guò)程。其圖像采集驅動(dòng)流程圖如圖4所示。

3 驅動(dòng)移植和相關(guān)實(shí)驗結果

1)驅動(dòng)程序編寫(xiě)好之后，在Kconfig-camera文件中添加與驅動(dòng)相對應項目的編譯配置選項：