Video4Linux框架简介(5) - Streaming

译注：在前几节我们介绍了如何初始化v4l2驱动的框架、查询能力值、设置输入/视频标准/格式，但是还没有真正地传输过一帧数据。

万事俱备，只欠东风，本节将会重点介绍"流媒体"中的数据流。

流模式，数据流主要通过如下几种方式进行传输：

●read/write接口：这种的基本比较少用。

●内存映射流 I / O：驱动程序分配的内存，mmap（）到用户空间。

●用户指针流 I / O：由用户空间分配的内存，由于用户空间的内存可能是零散的，只在虚拟空间上连续，因此需要分散 - 聚集DMA支持。

●DMABUF流 I / O：由另一个设备驱动分配的内存，导出为DMABUF文件处理程序并在此驱动程序中导入。

本例子使用的是第二种，驱动程序分配内存。

#include <media/videobuf2-dma-contig.h>         // 处理videobuf需添加的头文件一共有三种，该头文件代表使用的dma内存是连续的						//   离散dma使用  videobuf2-dma-sg.h，用户空间内存使用 videobuf2-vmalloc.h struct skeleton {...struct vb2_queue queue;  //video buffer放置在该队列中struct vb2_alloc_ctx *alloc_ctx; //用于分配内存的上下文spinlock_t ; //用于streaming的同步，和核心锁配合使用struct list_head buf_list;unsigned int sequence;  //可以认为是帧号};struct skel_buffer {  //本地用于管理buffer的结构体struct vb2_buffer vb;struct list_head list;};static inline struct skel_buffer *to_skel_buffer(struct vb2_buffer *vb2){return container_of(vb2, struct skel_buffer, vb);}
/* 处理videobuf需添加的头文件一共有三种，该头 * 文件代表使用的dma内存是连续的离散dma使用 *  videobuf2-dma-sg.h，用户空间内存使用  * videobuf2-vmalloc.h */ #include <media/videobuf2-dma-contig.h>     struct skeleton {...struct vb2_queue queue;  //video buffer放置在该队列中struct vb2_alloc_ctx *alloc_ctx; //用于分配内存的上下文spinlock_t ; //用于streaming的同步，和核心锁配合使用struct list_head buf_list;unsigned int sequence;  //可以认为是帧号};struct skel_buffer {  //本地用于管理buffer的结构体struct vb2_buffer vb;struct list_head list;};static inline struct skel_buffer *to_skel_buffer(struct vb2_buffer *vb2){return container_of(vb2, struct skel_buffer, vb);}
从上述代码可以看出，在原有的skeleton结构体中需要添加一系列的成员以外，还需要skel_buffer用于本地管理内存。
static int skeleton_PRobe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *ent){...q = &skel->queue;q->type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; //代表是视频捕获设备，也就是Cameraq->io_modes = VB2_MMAP | VB2_DMABUF | VB2_READ;q->drv_priv = skel;q->buf_struct_size = sizeof(struct skel_buffer);q->ops = &skel_qops;  /* Required ops for USERPTR types: get_userptr, put_userptr.   * Required ops for MMAP types: alloc, put, num_users, mmap.   * Required ops for read/write access types: alloc, put, num_users, vaddr   * Required ops for DMABUF types: attach_dmabuf, detach_dmabuf, map_dmabuf,   *                unmap_dmabuf.    *   get more in videobuf2-core.h   */q->mem_ops = &vb2_dma_contig_memops; //使用v4l2框架的内存申请操作，开发者也可以根据系统情况自行定义                                                                                                    q->timestamp_type = V4L2_BUF_FLAG_TIMESTAMP_MONOTONIC;q->lock = &skel->lock;q->gfp_flags = GFP_DMA32; //系统支持32位dmaret = vb2_queue_init(q);if (ret)goto v4l2_dev_unreg;skel->alloc_ctx = vb2_dma_contig_init_ctx(&pdev->dev); //三种内存类型中只有dma连续内存需要                                                       //alloc_ctxif (IS_ERR(skel->alloc_ctx)) {dev_err(&pdev->dev, "Can't allocate buffer context");ret = PTR_ERR(skel->alloc_ctx);goto v4l2_dev_unreg;}INIT_LIST_HEAD(&skel->buf_list);spin_lock_init(&skel->qlock);...vdev->queue = q;...}以下这些都根据需要，驱动可以使用v4l2框架的实现或者自行实现。
static struct vb2_ops skel_qops = {.queue_setup = queue_setup,                             //在内存分配之前从VIDIOC_REQBUFS和VIDIOC_CREATE_BUFS处理程序调用，                                                        //如果* num_planes！= 0，在分配后验证较少数量的buffer。驱动程序							//应该返回* num_buffers中所需的buffer数量以及* num_planes中每个buffer							//所需的planar数量；每个planar的大小应该在alloc_ctxs[] 数组中的sizes []数							//组和可选的每平面分配器特定上下文中设置。当从VIDIOC_REQBUFS，							// fmt == NULL调用时，驱动程序必须使用当前配置的格式，* num_buffers							//是正在分配的buffer总数。当从VIDIOC_CREATE_BUFS，fmt！= NULL调用时，							//它描述目标帧格式。在这种情况下，* num_buffers另外被分配到q-> num_buffers。.buf_prepare = buffer_prepare,                          //每次buffer从用户空间queue入和VIDIOC_PREPARE_BUF ioctl时调用;驱动程序可以							//在该回调中的硬件操作之前执行任何初始化；如果返回错误，则buffer不							//会在驱动程序中排队；.buf_queue = buffer_queue,                              //传递buffer vb到驱动程序;驱动器可以在该buffer上开始硬件操作；驱动程序							//应该通过调用vb2_buffer_done（）函数返回buffer;它调用STREAMON ioctl之							//后被调用;如果在调用STREAMON之前用户预排队buffer，可能在start_streaming							//回调之前调用.start_streaming = start_streaming,                     //只需调用一次进入“流”状态;驱动程序可以在调用@start_streaming之前						        //接收带有@buf_queue回调的buffer;驱动程序在count参数中获取已排队							//buffer的数量;驱动程序可能会返回错误，如果硬件失败或没有足够的							//已排队buffer，在这种情况下，所有已经由@buf_queue回调给出的buffer无效。.stop_streaming = stop_streaming,                       //当'streaming'状态必须被禁用时调用;驱动程序应停止任何DMA事务或等待，							//直到它们完成并返回它从buf_queue（）获得的所有buffer.wait_prepare = vb2_ops_wait_prepare,                   //释放调用vb2函数时发生的任何锁；因此有些驱动直接就命名为XXX_unlock；							//它在ioctl需要等待新的buffer到达之前被调用;需要避免阻塞访问类型中的死锁.wait_finish = vb2_ops_wait_finish,                     //重新获取在wait_prepare中释放的所有锁;等待新的buffer到达后需要在继续休眠前的操作};static const struct v4l2_ioctl_ops skel_ioctl_ops = {....vidioc_reqbufs = vb2_ioctl_reqbufs,.vidioc_querybuf = vb2_ioctl_querybuf,.vidioc_qbuf = vb2_ioctl_qbuf,.vidioc_dqbuf = vb2_ioctl_dqbuf,.vidioc_streamon = vb2_ioctl_streamon,.vidioc_streamoff = vb2_ioctl_streamoff,};static const struct v4l2_file_Operations skel_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = v4l2_fh_open,.release = vb2_fop_release,.unlocked_ioctl = video_ioctl2,.read = vb2_fop_read,.mmap = vb2_fop_mmap,.poll = vb2_fop_poll,};
static int queue_setup(struct vb2_queue *vq,const struct v4l2_format *fmt,unsigned int *nbuffers,unsigned int *nplanes,unsigned int sizes[],void *alloc_ctxs[]){struct skeleton *skel = vb2_get_drv_priv(vq);if (*nbuffers < 3)*nbuffers = 3;*nplanes = 1;sizes[0] = skel->format.sizeimage;alloc_ctxs[0] = skel->alloc_ctx;return 0;}
static int start_streaming(struct vb2_queue *vq, unsigned int count){struct skeleton *skel = vb2_get_drv_priv(vq);if (count < 2)              //这里控制在启流前需要queue入buffer的最小个数return -ENOBUFS;skel->sequence = 0;/* TODO: start DMA */return 0;}static int stop_streaming(struct vb2_queue *vq){struct skeleton *skel = vb2_get_drv_priv(vq);struct skel_buffer *buf, *node;unsigned long flags;/* TODO: stop DMA *//* Release all active buffers */spin_lock_irqsave(&skel->qlock, flags);list_for_each_entry_safe(buf, node, &skel->buf_list, list) {vb2_buffer_done(&buf->vb, VB2_BUF_STATE_ERROR);list_del(&buf->list);}spin_unlock_irqrestore(&skel->qlock, flags);return 0;}
static int buffer_prepare(struct vb2_buffer *vb){struct skeleton *skel = vb2_get_drv_priv(vb->vb2_queue);unsigned long size = skel->format.sizeimage;if (vb2_plane_size(vb, 0) < size) {dev_err(&skel->pdev->dev, "buffer too small (%lu < %lu)/n",vb2_plane_size(vb, 0), size);return -EINVAL;}vb2_set_plane_payload(vb, 0, size);vb->v4l2_buf.field = skel->format.field;return 0;}static void buffer_queue(struct vb2_buffer *vb){struct skeleton *skel = vb2_get_drv_priv(vb->vb2_queue);struct skel_buffer *buf = to_skel_buffer(vb);unsigned long flags;spin_lock_irqsave(&skel->qlock, flags);list_add_tail(&buf->list, &skel->buf_list);/* TODO: Update any DMA pointers if necessary */spin_unlock_irqrestore(&skel->qlock, flags);}
在buffer被DMA填充后的中断处理函数：
static irqreturn_t skeleton_irq(int irq, void *dev_id){struct skeleton *skel = dev_id;/* TODO: handle interrupt */if (captured_new_frame) {...spin_lock(&skel->qlock);list_del(&new_buf->list);spin_unlock(&skel->qlock);new_buf->vb.v4l2_buf.sequence = skel->sequence++;v4l2_get_timestamp(&new_buf->vb.v4l2_buf.timestamp);vb2_buffer_done(&new_buf->vb, VB2_BUF_STATE_DONE);}return IRQ_HANDLED;}
最后，在如下函数中
skeleton_s_input()
skeleton_s_std()
skeleton_s_dv_timings()
skeleton_s_fmt_vid_cap() 
增加这项检查:
if(vb2_is_busy(&skel->queue))
return-EBUSY;