v4l2 编程接口(二) — driver

V4L2 驱动随着硬件的变化也越来越复杂，现在大部分设备有里面包含了多个IC， 在/dev目录下不仅要建立 V4L2 的节点，而且还需要建立如：DVB、ALSA、FB、I2C、input等设备节点。事实上 V4L2 驱动需要支持音频/视频的混音/编码/解码等IC所以比其他驱动都要复杂很多，通常这些IC通过 i2c 总线连接到主板，这些设备都统称为sub-devices。在很长的一段时间里 V4L2 被限制只能在 video_device 结构体里面创建，并且用video_buf 控制视频缓存，这意味着所有的驱动创建自己的实例都将连接到自己的sub-devices，这些工作通常很复杂并经常引起错误，许多常见的代码因为缺乏一个框架而无法重构。因此这个框架建立起了基本的机制，所有的驱动都需要和这个框架结合以便共用其中的函数。因此 V4L2  框架作了相应的优化：它有一个 v4l2_device 结构作为设备实例，一个v4l2_subdev结构作为子设备实例，video_device 结构包含了v4l2_device 节点，以后将会有一个 v4l2_fh 的结构作为与文件句柄的实例。每个设备都采用 v4l2_device 结构来表示。非常简单的设备都可以申请这个结构，但通常会将这个结构嵌入一个更大的结构中。

1、 video_device

在 v4l2 中用 struct video_device 代表一个视频设备，该结构说明如下：

视频设备在 linux 中作为字符设备出现，域 cdev 与 /dev/videox 节点关联，打开节点就相当于执行cdev 的 open 函数，cdev 的 ops 域即 file_operations 的一些接口在经过一定的参数过滤后最终都调用了video_device 的 fops 域即v4l2_file_operations的成员，所以在编写驱动程序的时候需要实现 v4l2_file_operations 的接口：其中 open 用于打开视频设备， read 接口用于读取视频数据，poll 接口用于视频流的同步，mmap 将视频设备的保存数据的内存空间的物理地址映射到用户空间，ioctl 用于向视频设备发送命令并查询相关信息（ioctl 一般设置为 v4l2 提供的 video_ioctl2 函数，并最终调用 video_device 的 ioctl_ops 域即 v4l2_ioctl_ops），通常需要实现的 ioctl 接口如下：

该结构各域的作用如上篇文章所述。video_device 通过 video_register_device 函数注册，函数原型如下：

该函数注册流程较简单：首先会根据设备类型确定在 /dev 目录下的节点名称以及从设备号的偏移和值，然后为 cdev 申请内存空间并注册，将 vdev->cdev->ops 设置为内核提供的 v4l2_fops，最后将 vdev->dev 注册到 sysfs 中。

2、v4l2_subdev

许多驱动需要与子设备通信，这些设备做的任务比较常见的是音视频处理、编解码等， 网络摄像头比较常见的子设备是传感器和摄像头控制器。为了提供一个统一的接口给这些子设备，内核将涉及到子设备控制的那部分（如 vidioc_s_ctrl、vidioc_s_frequency 等）独立了出来，用 struct v4l2_subdev 来表示以方便用户实现 v4l2 驱动程序：

其中 list 域作为链表节点链接至 v4l2_dev 指向的  v4l2_device 结构中，这个结构中最重要的成员就是 struct v4l2_subdev_ops *ops，该域包含了 v4l2 设备支持的所有操作，定义如下：

v4l2_subdev_core_ops 包含的操作合集是各种类型设备通用的：

v4l2_subdev_tuner_ops 包含的操作合集则是调谐器独有的：
v4l2_subdev_audio_ops 包含的操作合集则是音频部分独有的：

v4l2_subdev_video_ops 包含的操作合集则是视频部分独有的：

因为 v4l2 设备一般用 i2c 总线通信，所以注册函数需要提供 i2c_client，函数原型如下：

当 video_device 中的接口需要调用 v4l2_subdev 的成员函数时一般采用如下宏定义：