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基于Linux 3.0.8 Samsung FIMC(S5PV210) 的摄像头驱动框架解读

作者:咕唧咕唧liukun321

来自:http://blog.csdn.net/liukun321


FIMC这个名字应该是从S5P100开始出现的,在s5pv210里面的定义是摄像头接口,但是它同样具有图像数据颜色空间转换的作用。而exynos4412对它的定义看起来更清晰些,摄像头接口被定义为FIMC-LITE 。颜色空间转换的硬件结构被定义为FIMC-IS。不多说了,我们先来看看Linux3.0.8 三星的BSP包中与fimc驱动相关的文件。



上面的源码文件组成了整个fimc的驱动框架。通过.c文件的命名也大致可以猜测到FIMC的几个用途:

 

1、Capture ,Camera Interface 用于控制Camera,及m2m操作

2、Output,这个用途可以简单看成:只使用了FIMC的m2m功能,这里fimc实际上就成了一个带有颜色空间转换功能的高速DMA。

3、Overlay,比如Android 的Overlay就依赖了FIMC的这个功能,可以简单把它看作是个m2fb,当然实质上还是m2m。

 

清楚FIMC的大致用途了。再来说说,每个C文件在FIMC驱动框架中扮演了何种角色:

csis.c文件,用于MIPI 接口的摄像头设备,这里不多说什么了。

 

fimc_dev.c 是驱动中对FIMC硬件设备最高层的抽象,这在后面会详细介绍。

 

fimc_v4l2.c  linux驱动中 ,将fimc 设备的功能操作接口(Capture,output,Overlay),用v4l2框架封装。在应用层用过摄像头设备,或在应用层使用FMIC设备完成过m2m操作的朋友应该都清楚,fimc经层层封装后最终暴露给用户空间的是v4l2 标准接口的设备文件 videoX。 这里面也引出了一个我们应该关注的问题:Fimc设备在软件层上是如何同摄像头设备关联的。

 

fimc_capture.c  实现对camera Interface 的控制操作,它实现的基础依赖硬件相关的摄像头驱动(eg.ov965X.c  / ov5642.c 等)。 并且提供以下函数接口,由fimc_v4l2.c文件进一步封装

int fimc_g_parm(struct file *file, void*fh, struct v4l2_streamparm *a)

int fimc_s_parm(struct file *file, void*fh, struct v4l2_streamparm *a)

intfimc_queryctrl(struct file *file, void *fh, struct v4l2_queryctrl *qc)

intfimc_querymenu(struct file *file, void *fh, struct v4l2_querymenu *qm)

intfimc_enum_input(struct file *file, void *fh, struct v4l2_input *inp)

intfimc_g_input(struct file *file, void *fh, unsigned int *i)

intfimc_release_subdev(struct fimc_control *ctrl)

intfimc_s_input(struct file *file, void *fh, unsigned int i)

intfimc_enum_fmt_vid_capture(struct file *file, void *fh,struct v4l2_fmtdesc *f)

intfimc_g_fmt_vid_capture(struct file *file, void *fh, struct v4l2_format *f)

intfimc_s_fmt_vid_capture(struct file *file, void *fh, struct v4l2_format *f)

intfimc_try_fmt_vid_capture(struct file *file, void *fh, struct v4l2_format *f)

intfimc_reqbufs_capture(void *fh, struct v4l2_requestbuffers *b)

intfimc_querybuf_capture(void *fh, struct v4l2_buffer *b)

intfimc_g_ctrl_capture(void *fh, struct v4l2_control *c)

intfimc_s_ctrl_capture(void *fh, struct v4l2_control *c)

intfimc_s_ext_ctrls_capture(void *fh, struct v4l2_ext_controls *c)

intfimc_cropcap_capture(void *fh, struct v4l2_cropcap *a)

intfimc_g_crop_capture(void *fh, struct v4l2_crop *a)

intfimc_s_crop_capture(void *fh, struct v4l2_crop *a)

intfimc_start_capture(struct fimc_control *ctrl)

intfimc_stop_capture(struct fimc_control *ctrl)

intfimc_streamon_capture(void *fh)

intfimc_streamoff_capture(void *fh)

intfimc_qbuf_capture(void *fh, struct v4l2_buffer *b)

intfimc_dqbuf_capture(void *fh, struct v4l2_buffer *b)

 

 

fimc_output.c  实现fimc m2m操作,需要用FIMC实现硬件颜色空间转换的时候,这个文件里的函数就派上作用了,另外在fimc 用于Capture 和 overlay 过程本质上也包含m2m操作。因此除了提供功能函数接口,由fimc_v4l2.c文件进一步封装。另外还提供了一些功能函数供fimc_dev.c调用,比如用于设置一个m2m过程的srcAddr(源地址) 和 dstAddr(目的地址)。这部分接口太多就不贴出来了。

 

fimc_overlay.c  实现fimc overlay操作。同样提供函数接口,由fimc_v4l2.c文件进一步封装。

 

fimc_regs.c  Fimc硬件相关操作,基本寄存器配置等。这个文件提供函数接口供fimc_capture.cfimc_output.cfimc_overlay.c调用。

 

通过刚才的分析,可以总结出下面的源码结构图:


好了,框架有了,再来看源码就轻松多了

接下来,先来看看FIMC设备的注册过程。以FIMC-0为例,说说/dev/video0 这个设备文件是怎么出来的。

先看几个关键结构:

首先是 s3c_platform_fimcfimc_plat_lsi;也就是抽象fimc模块的数据结构,fimc_plat_lsi还包含了一个.camera成员。该结构初始化如下

static struct s3c_platform_fimc  fimc_plat_lsi = {
	.srclk_name	= "mout_mpll",
	.clk_name	= "sclk_fimc",
	.lclk_name	= "fimc",
	.clk_rate	= 166750000,
#if defined(CONFIG_VIDEO_S5K4EA)
	.default_cam	= CAMERA_CSI_C,
#else
#ifdef CAM_ITU_CH_A
	.default_cam	= CAMERA_PAR_A,
#else
	.default_cam	= CAMERA_PAR_B,
#endif
#endif
	.camera		= {
#ifdef CONFIG_VIDEO_S5K4ECGX
			&s5k4ecgx,
#endif
#ifdef CONFIG_VIDEO_S5KA3DFX
			&s5ka3dfx,
#endif
#ifdef CONFIG_VIDEO_S5K4BA
			&s5k4ba,
#endif
#ifdef CONFIG_VIDEO_S5K4EA
			&s5k4ea,
#endif
#ifdef CONFIG_VIDEO_TVP5150
			&tvp5150,
#endif
#ifdef CONFIG_VIDEO_OV9650
			&ov9650,
#endif
	},
	.hw_ver		= 0x43,
};

可以看到在s3c_platform_fimc中有一个camera成员。这里重点看一下ov9650.展开ov9650


static struct s3c_platform_camera ov9650 = {
	#ifdef CAM_ITU_CH_A
	.id		= CAMERA_PAR_A,
	#else
	.id		= CAMERA_PAR_B,
	#endif
	.type		= CAM_TYPE_ITU,
	.fmt		= ITU_601_YCBCR422_8BIT,
	.order422	= CAM_ORDER422_8BIT_YCBYCR,
	.i2c_busnum	= 0,
	.info		= &ov9650_i2c_info,
	.pixelformat	= V4L2_PIX_FMT_YUYV,
	.srclk_name	= "mout_mpll",
	/* .srclk_name	= "xusbxti", */
	.clk_name	= "sclk_cam1",
	.clk_rate	= 40000000,
	.line_length	= 1920,
	.width		= 1280,
	.height		= 1024,
	.window		= {
		.left	= 0,
		.top	= 0,
		.width	= 1280,
		.height	= 1024,
	},

	/* Polarity */
	.inv_pclk	= 1,
	.inv_vsync	= 1,
	.inv_href	= http://www.mamicode.com/0,>

这个结构体,实现了对ov9650摄像头硬件结构的抽象。定义了摄像头的关键参数和基本特性。

因为fimc设备在linux3.0.8内核中作为一个平台设备加载,而上面提到的s3c_platform_fimcfimc_plat_lsi仅是fimc的抽象数据而非设备。这就需要将抽象fimc的结构体作为fimc  platform_device 的一个私有数据。所以就有了下面的过程。s3c_platform_fimcfimc_plat_lsi 结构在板级设备初始化XXX_machine_init(void) 过程作为s3c_fimc0_set_platdata 的实参传入。之后fimc_plat_lsi就成为了fimc设备的platform_data


s3c_fimc0_set_platdata(&fimc_plat_lsi);
s3c_fimc1_set_platdata(&fimc_plat_lsi);
s3c_fimc2_set_platdata(&fimc_plat_lsi);

以s3c_fimc0_set_platdata为例展开


void __init s3c_fimc0_set_platdata(struct s3c_platform_fimc *pd)
{
	struct s3c_platform_fimc *npd;

	if (!pd)
		pd = &default_fimc0_data;

	npd = kmemdup(pd, sizeof(struct s3c_platform_fimc), GFP_KERNEL);
	if (!npd)
		printk(KERN_ERR "%s: no memory for platform data\n", __func__);
	else {
		if (!npd->cfg_gpio)
			npd->cfg_gpio = s3c_fimc0_cfg_gpio;

		if (!npd->clk_on)
			npd->clk_on = s3c_fimc_clk_on;

		if (!npd->clk_off)
			npd->clk_off = s3c_fimc_clk_off;

		npd->hw_ver = 0x45;

		/* starting physical address of memory region */
		npd->pmem_start = s5p_get_media_memory_bank(S5P_MDEV_FIMC0, 1);
		/* size of memory region */
		npd->pmem_size = s5p_get_media_memsize_bank(S5P_MDEV_FIMC0, 1);

		s3c_device_fimc0.dev.platform_data = http://www.mamicode.com/npd;>

最后一句是关键 s3c_device_fimc0.dev.platform_data = http://www.mamicode.com/npd;

看一下s3c_device_fimc0定义:


struct platform_device s3c_device_fimc0 = {
	.name		= "s3c-fimc",
	.id		= 0,
	.num_resources	= ARRAY_SIZE(s3c_fimc0_resource),
	.resource	= s3c_fimc0_resource,
};

而fimc的抽象数据,则作为它的私有数据被包含进了s3c_device_fimc0这个结构中。到这里才完成了FIMC平台设备的最终定义。而这个平台设备的定义s3c_device_fimc0又被添加到了整个硬件平台的 platform_device 列表中,最终在XXX_machine_init(void) 函数中调用platform_add_devices(mini210_devices, ARRAY_SIZE(mini210_devices));  完成所有platform_device 的注册:


static struct platform_device *mini210_devices[] __initdata = http://www.mamicode.com/{>
platform_add_devices(mini210_devices, ARRAY_SIZE(mini210_devices));

platform_device 被加载后,等待与之匹配的platform_driver。若此时fimc driver 的驱动模块被加载。这个时候,fimc_dev.c文件里的static int __devinit fimc_probe(structplatform_device *pdev) 函数上场了。


static int __devinit fimc_probe(struct platform_device *pdev)
{
	struct s3c_platform_fimc *pdata;
	struct fimc_control *ctrl;
	struct clk *srclk;
	int ret;
	if (!fimc_dev) {
		fimc_dev = kzalloc(sizeof(*fimc_dev), GFP_KERNEL);
		if (!fimc_dev) {
			dev_err(&pdev->dev, "%s: not enough memory\n",
				__func__);
			return -ENOMEM;
		}
	}

	ctrl = fimc_register_controller(pdev);
	if (!ctrl) {
		printk(KERN_ERR "%s: cannot register fimc\n", __func__);
		goto err_alloc;
	}

	pdata = http://www.mamicode.com/to_fimc_plat(&pdev->dev);>

在fimc_probe函数中有这么一段

if(!fimc_dev->initialized) {
                   ret = fimc_init_global(pdev);
                   if (ret)
                            goto err_v4l2;
         }


这段代码执行过程:首先判断fimc是否已经被初始化完成(此时FIMC是忙状态的),如果没有被初始化,则执行fimc_init_global(pdev);函数,它的作用是先判断平台数据中是否初始化了摄像头结构(即前面提到的.camera成员),从平台数据中获得摄像头的时钟频率并将平台数据中内嵌的s3c_platform_camera结构数据保存到该驱动模块全局的fimc_dev中,感兴趣的朋友可以展开这个函数看一下,这里就不再贴出来了。

 

紧接着这段代码还执行了两个非常关键的过程:

ret= v4l2_device_register(&pdev->dev, &ctrl->v4l2_dev);
         if (ret) {
                   fimc_err("%s: v4l2device register failed\n", __func__);
                   goto err_fimc;
         }


这个函数里的核心完成了对v4l2_dev->subdev链表头的初始化,并将ctrl->v4l2_dev关联到pdev->dev结构的私有数据的driver_data成员中(即完成了pdev->dev->p->driver_data= http://www.mamicode.com/ctrl->v4l2_dev; ),也就是实现了v4l2_dev向内核结构注册的过程。

 

ret= video_register_device(ctrl->vd, VFL_TYPE_GRABBER, ctrl->id);
         if (ret) {
                   fimc_err("%s: cannotregister video driver\n", __func__);
                   goto err_v4l2;
         }
 
         video_set_drvdata(ctrl->vd, ctrl);
 
         ret = device_create_file(&(pdev->dev),&dev_attr_log_level);


上面的过程完成了对video_device 设备的注册,并且在sys 目录下生成了对应的属性文件。如果系统中移植有mdev,将会生成对应设备节点/dev/videoX。

 

其实到目前为止,只完成了fimc设备主要数据结构的初始化和注册,几乎没有操作fimc或摄像头的硬件寄存器。也没有完成FIMC驱动和摄像头的驱动模块的软件关联。我们是如何做到仅操作fimc的设备节点/dev/videoX就能控制摄像头设备的效果呢?下回分解吧。。。