首先來看?Read/Write?，如果?VIDIOC_QUERYCAP?調(diào)用返回的?v4l2_capability?參數(shù)中，?V4L2_CAP_READWRITE?被設(shè)置成真了的話，就說明支持?Read/Write I/O?。這是最簡單最原始的方法，它需要進(jìn)行數(shù)據(jù)?的拷貝?(?而不是像memory map?那樣只需要進(jìn)行指針的交換?)?，而且不會(huì)交換元數(shù)據(jù)?(?比如說幀計(jì)數(shù)器和時(shí)間戳之類的可用于識(shí)別幀丟失和進(jìn)行幀同步?)?，雖然它是最原始的方法，但因?yàn)槠浜唵?，所以?duì)于簡單的應(yīng)用?程序比如只需要?capture靜態(tài)圖像是很有用的?。

如果使用?Read/Write?方法支持的話，必須同時(shí)支持另外兩個(gè)函數(shù)?select()?和?poll()?，這兩個(gè)函數(shù)用來進(jìn)行?I/0?的多路復(fù)用。

對(duì)于?streaming?它有兩種方式，?driver?對(duì)兩種方式的支持要使用?VIDIOC_REQBUFS?來確定：

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_requestbuffers *argp);

對(duì)于?memory mapped?方式，?Memory mapped buffers?是通過?VIDIOC_REQBUFS?在?device memory?中申請(qǐng)的，而且必須在?map?進(jìn)應(yīng)用程序虛擬地址空間?之前就申請(qǐng)好。而對(duì)于?User pointers?，?User buffers?是在應(yīng)用程序自己開辟的，只是通過?VIDIOC_REQBUFS?將驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化到?user pointer?的?I/O?模式下。這兩種方式都不會(huì)拷貝數(shù)據(jù)，而只是?buffer?指針的交互。

首先來看一下?v4l2_requestbuffers?這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

__u32 count

//?要申請(qǐng)的?buffer?的數(shù)量，只有當(dāng)?memory?被設(shè)置成?V4L2_MEMORY_MMAP?的時(shí)候才會(huì)設(shè)置這個(gè)參數(shù)

enum v4l2_buf_type type

enum v4l2_memory memory

//?要么是?V4L2_MEMORY_MMAP?，要么是?V4L2_MEMORY_USERPTR

對(duì)于?memory mapped?模式，要在?device memory?下申請(qǐng)?buffer?，應(yīng)用程序必須初始化上面的?3?個(gè)參數(shù)，驅(qū)動(dòng)最后返回的?buffer?的個(gè)數(shù)可能等于?count?，也可能少于或者多于?count?，少于可能是因?yàn)閮?nèi)存不足，多于則可能是驅(qū)動(dòng)為更好地完成相應(yīng)功能增加的?buffer?。如果?driver?不支持?memory mapped?調(diào)用這個(gè)?ioctl?就會(huì)返回?EINVAL。

因?yàn)?memory map?模式下分配的是實(shí)實(shí)在在的物理內(nèi)存，不是虛擬內(nèi)存，所以使用完以后一定要使用?munmap()釋放。

應(yīng)用程序可以重新調(diào)用?VIDICO_REQBUFS?來改變?buffer?的個(gè)數(shù)，但前提是必須先釋放已經(jīng)?mapped?的?buffer?，可以先?munmap?，然后設(shè)置參數(shù)?count?為?0?來釋放所有的?buffer?。

對(duì)于?User pointer I/O?，應(yīng)用程序只需設(shè)置上面的?type?和?memory?類型就可以了。

申請(qǐng)好?buffer?后在進(jìn)行?memory mapped?之前，首先要使用?VIDIOC_QUERYBUF?來獲得分配的?buffer?信息，以傳給函數(shù)?mmap()?來進(jìn)行?map?：

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp);

VIDIOC_QUERYBUF?是?memory mapped?這種模式下使用的方法，在?User pointer?模式下不需要使用這個(gè)函數(shù)，在調(diào)用之前應(yīng)用程序需要設(shè)定?v4l2_buffer?中的兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是?buffer?類型，另外一個(gè)是?index number(?有效值從0?到申請(qǐng)的?buffer?數(shù)目減?1)?，調(diào)用這個(gè)?ioctl?會(huì)將相應(yīng)?buffer?中的?flag?：?V4L2_BUF_FLAG_MAPPED, V4L2_BUF_FLAG_QUEUED?和?V4L2_BUF_FLAG_DONE?設(shè)置為有效。下面我們來仔細(xì)看看?v4l2_buffer?這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

__u32 index

//?應(yīng)用程序來設(shè)定，僅僅用來申明是哪個(gè)?buffer

enum v4l2_buf_type type

__u32 bytesused

//buffer?中已經(jīng)使用的?byte?數(shù)，如果是?input stream?由?driver?來設(shè)定，相反則由應(yīng)用程序來設(shè)定

__u32 flags

//?定義了?buffer?的一些標(biāo)志位，來表明這個(gè)?buffer?處在哪個(gè)隊(duì)列，比如輸入隊(duì)列或者輸出隊(duì)列(V4L2_BUF_FLAG_QUEUED V4L2_BUF_FLAG_DONE)?，是否關(guān)鍵幀等等，具體可以參照?spec

enum v4l2_memory memory

//V4L2_MEOMORY_MMAP?／?V4L2_MEMORY_USERPTR?／?V4L2_MEMORY_OVERLAY

union m

__u32 offset

//?當(dāng)?memory?類型是?V4L2_MEOMORY_MMAP?的時(shí)候，主要用來表明?buffer?在?device momory?中相對(duì)起始位置的偏移，主要用在?mmap()?參數(shù)中，對(duì)應(yīng)用程序沒有左右

unsigned long userptr

//?當(dāng)?memory?類型是?V4L2_MEMORY_USERPTR?的時(shí)候，這是一個(gè)指向虛擬內(nèi)存中?buffer?的指針，由應(yīng)用程序來設(shè)定。

__u32 length

//buffer?的?size

在?driver?內(nèi)部管理?著兩個(gè)?buffer queues?，一個(gè)輸入隊(duì)列，一個(gè)輸出隊(duì)列。對(duì)于?capture device?來說，當(dāng)輸入隊(duì)列中的?buffer?被塞滿數(shù)據(jù)以后會(huì)自動(dòng)變?yōu)檩敵鲫?duì)列，等待調(diào)用?VIDIOC_DQBUF?將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以后重新調(diào)用VIDIOC_QBUF?將?buffer?重新放進(jìn)輸入隊(duì)列；對(duì)于?output device?來說?buffer?被顯示以后自動(dòng)變?yōu)檩敵鲫?duì)列。

剛初始化的所有?map?過的?buffer?開始都處于?dequeced?的狀態(tài)，由?driver?來管理對(duì)應(yīng)用程序是不可訪問的。對(duì)于?capture?應(yīng)用程序來說，首先是通過?VIDIOC_QBUF?將所有?map?過的?buffer?加入隊(duì)列，然后通過VIDIOC_STREAMON?開始?capture?，并進(jìn)入?read loop?，在這里應(yīng)用程序會(huì)等待直到有一個(gè)?buffer?被填滿可以從隊(duì)列中?dequeued?，當(dāng)數(shù)據(jù)使用完后再?enqueue?進(jìn)輸入隊(duì)列；對(duì)于?output?應(yīng)用程序來說，首先應(yīng)用程序會(huì)buffer?裝滿數(shù)據(jù)然后?enqueued?，當(dāng)足夠的?buffer?進(jìn)入隊(duì)列以后就調(diào)用?VIDIOC_STREAMON?將數(shù)據(jù)輸出。

有兩種方法來阻塞應(yīng)用程序的執(zhí)行，直到有?buffer?能被?dequeued?，默認(rèn)的是當(dāng)調(diào)用?VIDIOC_DQBUF?的時(shí)候會(huì)被阻塞，直到有數(shù)據(jù)在?outgoing queue?，但是如果打開設(shè)備文件?的時(shí)候使用了?O_NONBLOCK?，則當(dāng)調(diào)用VIDIOC_DQBUF?而又沒有數(shù)據(jù)可讀的時(shí)候就會(huì)立即返回。另外一種方法是調(diào)用?select?和?poll?來對(duì)文件描述符進(jìn)行監(jiān)聽是否有數(shù)據(jù)可讀。

VIDIOC_STREAMON?和?VIDIOC_STREAMOFF?兩個(gè)?ioctl?用來開始和停止?capturing?或者?output?，而且VIDIOC_STREAMOFF?會(huì)刪除輸入和輸出隊(duì)列中的所有?buffer?。

因此?drvier?如果要實(shí)現(xiàn)?memory mapping I/O?必須支持?VIDIOC_REQBUFS, VIDIOC_QUERYBUF, VIDIOC_QBUF, VIDIOC_DQBUF, VIDIOC_STREAMON?和?VIDIOC_STREAMOFF ioctl, the mmap(), munmap(), select()?和?poll()?函數(shù)。

User Pointers?是一種綜合了?Read/Write?和?memory mappded?優(yōu)勢的?I/O?方法，?buffer?是由應(yīng)用程序自己申請(qǐng)的，可以是在虛擬內(nèi)存或者共享內(nèi)存中。在?capture?和?output?方面基本來說和?memory mapped?方式是相同的，在這里只提一下它申請(qǐng)內(nèi)存的方式。

User pointer?方式下，申請(qǐng)的內(nèi)存也?memory page size?為單位對(duì)齊，而且?buffersize?也有一定限制，例示代碼中是這樣計(jì)算?buffer size?的，暫時(shí)還不知道這樣分配?buffer size?的依據(jù)是什么，先簡單地這樣用就好了：

page_size = getpagesize ();

buffer_size = (buffer_size + page_size - 1) & ~(page_size – 1);

buffers[n_buffers].start = memalign ( page_size,

buffer_size);

3?、?start_capturing

經(jīng)過上面的一系列的數(shù)據(jù)協(xié)商已經(jīng)?buffer?的分配以后就可以調(diào)用?VIDIOC_QBUF?將?buffer?全部加入輸入隊(duì)列中，并調(diào)用?VIDIOC_STREAM0N?開始捕獲數(shù)據(jù)了：

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp);

//VIDIOC_QBUF VIDIOC_DQBUF

int ioctl(int fd, int request, const int *argp);

//VIDIOC_STREAM0N VIDIOC_STREAMOFF?（?int?參數(shù)是?buffer?類型）

4?、?mainloop

開始捕獲數(shù)據(jù)以后就會(huì)進(jìn)入一個(gè)主循環(huán)，可以使用?select?或者?poll?來監(jiān)聽文件描述符的狀態(tài)，一旦有數(shù)據(jù)可讀，就調(diào)用函數(shù)來讀取數(shù)據(jù)。

5?、?read_frame

讀取數(shù)據(jù)根據(jù)?I/O?方式的不同而不同：

Read/Write?方式直接從文件描述符中讀一個(gè)幀大小的數(shù)據(jù)；

Memory mapped?方式下先從輸出隊(duì)列中?dequeued?一個(gè)?buffer?，然后對(duì)幀數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理完成以后再放入輸入隊(duì)列。

User pointer?方式下也是首先從輸出隊(duì)列中?dequeued?一個(gè)?buffer?，然后對(duì)這個(gè)?buffer?進(jìn)行判斷，看是否是應(yīng)用程序開始申請(qǐng)的?buffer?，然后再對(duì)這個(gè)?buffer?進(jìn)行處理，最后放入輸入隊(duì)列。

6?、?stop_capturing / uninit_device / close device

最后就是捕捉以及資源釋放并關(guān)閉?device

下面給出一個(gè)示例代碼：

#include?

#include?

#include?

#include??/*?low-level i/o?*/

#include?

#include?

#include?

#include?

#include?

#include?

#include?

#include?

#include?

#define DEVICE?"/dev/video"

static struct v4l2_requestbuffers req;

struct buffer

{

void*?start;

unsigned?int?length;

};?

static struct buffer?*buffers;

static struct v4l2_buffer buf;

usb_camera.c

#include?"head.h"

int?main()

{

int?fd;

fd=open_device();

get_device_info(fd);

get_frame_fmt(fd);

get_current_frame_info(fd);

try_format_support(fd);

set_frame_format(fd);

apply_memory_buf(fd);

memory_mapping(fd);

buffer_enqueue(fd);

close(fd);

return 0;

}

int?open_device()

{

int?fd;

if(-1==(fd=open(DEVICE,O_RDWR)))

printf("info:Can't open video device\n");

else

printf("info:Open the device :%d\n",fd);

return fd;

}

int?get_device_info(int?fd)

{

struct v4l2_capability cap;

if(-1==ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap))

printf("info:VIDIOC_QUERYCAP ERROR\n");

else

printf("info:Driver Name:%s....Card Name:%s....Bus info:%s....Driver Version:%u.%u.%u\n",

cap.driver,cap.card,cap.bus_info,(cap.version>>16)&0XFF,(cap.version>>8)&0XFF,cap.version&0XFF);

return 1;

}

int?get_frame_fmt(int?fd)

{

struct v4l2_fmtdesc fmtdesc;

fmtdesc.index=0;

fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

printf("info:Support format:");

while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1)

{

printf("\t%d.%s",fmtdesc.index+1,fmtdesc.description);

fmtdesc.index++;

}

printf("\n");

return 1;

}

int?get_current_frame_info(int?fd)

{

struct v4l2_format fmt;

fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

ioctl(fd,VIDIOC_G_FMT,&fmt);

printf("info:Current data format information:\n\twidth:%d\n\theight:%d\n",fmt.fmt.pix.width,fmt.fmt.pix.height);

struct v4l2_fmtdesc fmtdesc;

fmtdesc.index=0;

fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1)

{

if(fmtdesc.pixelformat?&?fmt.fmt.pix.pixelformat)

{

printf("\tformat:%s\n",fmtdesc.description);

break;

}

fmtdesc.index++;

}?

return 1;

}

int?try_format_support(int?fd)

{

struct v4l2_format fmt;

fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

//fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_RGB32;

fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_YUYV;

if(ioctl(fd,VIDIOC_TRY_FMT,&fmt)==-1)

if(errno==EINVAL)

printf("info:not support format RGB32!\n");?

return 1;

}

int?set_frame_format(int?fd)

{

struct v4l2_format fmt;

fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

fmt.fmt.pix.width=640;

fmt.fmt.pix.height=480;

fmt.fmt.pix.pixelformat?=?V4L2_PIX_FMT_YUYV;

fmt.fmt.pix.field?=?V4L2_FIELD_INTERLACED;?

if(ioctl(fd,VIDIOC_S_FMT,&fmt)==-1)

if(errno==EINVAL)

printf("info:set frame format error!\n");

return 1;

}

int?apply_memory_buf(int?fd)

{

//struct v4l2_requestbuffers req;

req.count=4;

req.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

req.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;

if(-1==ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req))

printf("info:VIDIOC_REQBUFS FAILED\n");

else

printf("info:VIDIOC_REQBUFS SUCCESS\n");

return 1;

}

int?memory_mapping(int?fd)

{

unsigned?int?n_buffers;

buffers?=?(struct buffer*)calloc(req.count,sizeof(struct buffer));

if?(!buffers)?{

fprintf?(stderr,?"Out of memory\n");

exit?(EXIT_FAILURE);

}

//?映射

for?(n_buffers?=?0;?n_buffers?

//struct v4l2_buffer buf;

memset(&buf,0,sizeof(buf));

buf.type?=?V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

buf.memory?=?V4L2_MEMORY_MMAP;

buf.index?=?n_buffers;

//?查詢序號(hào)為n_buffers 的緩沖區(qū)，得到其起始物理地址和大小

if?(-1?==?ioctl?(fd,?VIDIOC_QUERYBUF,?&buf))

exit(-1);

buffers[n_buffers].length?=?buf.length;

//?映射內(nèi)存

buffers[n_buffers].start?=mmap?(NULL,buf.length,PROT_READ?|?PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,?buf.m.offset);

if?(MAP_FAILED?==?buffers[n_buffers].start)

exit(-1);

}?

printf("info:memory mapping success\n");

return 1;

}

int?buffer_enqueue(int?fd)

{

unsigned?int?i;

enum v4l2_buf_type type;

//?將緩沖幀放入隊(duì)列

for?(i?=?0;?i?

{

struct v4l2_buffer buf;

buf.type?=?V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

buf.memory?=?V4L2_MEMORY_MMAP;

buf.index?=?i;

if(-1==ioctl?(fd,?VIDIOC_QBUF,?&buf))

printf("buffer enqueue failed\n");

}

type?=?V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

//open stream?

if(-1==ioctl?(fd,?VIDIOC_STREAMON,?&type))

printf("info:open stream failed\n");

else

printf("info:open stream success\n");

return 1;

?