|
為了實(shí)現多媒體數據采集和處理的需求，提出了一種基于Android平臺和V4L2視頻采集接口的camera驅動(dòng)設計方案，并完成了軟件設計。實(shí)際應用表明，該驅動(dòng)架構設計實(shí)現了數據和控制通信的通用性、標準化，同時(shí)方便設備管理，達到了設計要求。 隨著(zhù)芯片集成和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，智能手持設備越來(lái)越廣泛的應用在各個(gè)領(lǐng)域。搭載著(zhù)操作系統的智能手機更是集合了高端處理器芯片、嵌入式操作系統和現代網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)等前沿科技。主流高端嵌入式芯片無(wú)論是ARM架構還是intel新推出的medfield，都在朝著(zhù)SoC單片高集成、多核、低功耗發(fā)展。嵌入式操作系統也足漸形成symbian、Android、windows phone、iOS分足鼎立。Camera作為智能手機的重要應用，作為多媒體數據的獲取和處理的樞紐，功能日趨復雜化。文中通過(guò)分析Android平臺下Camera模組的驅動(dòng)架構，深入介紹了Android camera模塊的驅動(dòng)設計。 1 Android Camera架構分析 Android camera架構主要基于A(yíng)ndroid系統本身的層次結構，主要由應用程序層(CameraApp)、應用程序框架層(CameraService)、硬件抽象層(CameraHal)、內核驅動(dòng)層(CameraDriver)組成。Android發(fā)布版的Camera程序架構分成客戶(hù)端和服務(wù)端兩個(gè)部分，建立在A(yíng)ndroid的進(jìn)程間通訊Binder的結構上。運行時(shí)環(huán)境是Camera應用層通過(guò)JNI的本地調用部分。它通過(guò)google提供的java虛擬機dalvik使應用層的java代碼可以與C++語(yǔ)言編寫(xiě)的代碼進(jìn)行交互。Camem底層庫是Camera功能中實(shí)現Binder機制的接口類(lèi)，對上層camera.apk提供接口，具體功能由其子類(lèi)實(shí)現，在Camera模塊中是libCameraservice.so。而真正CameraClient的功能實(shí)現是硬件抽象層庫Libcaemra.so通過(guò)調用底層驅動(dòng)來(lái)實(shí)現的。Camera具體層次架構如圖1所示。 2 V4L2視頻采集驅動(dòng)接口 Camera的硬件抽象層遵循V4L2接口系列規范，通過(guò)V4L2接口完成Camera的各項功能。V4L2是Linux中關(guān)于視頻設備的內核驅動(dòng)，是Alan CoX為了給Linux下視頻采集設備驅動(dòng)程序的編寫(xiě)提供同一的接口而提出的一套規范(API)。用于管理所有視頻采集設備的驅動(dòng)，統一的驅動(dòng)接口使得軟件能夠較容易的訪(fǎng)問(wèn)這些設備，給驅動(dòng)程序的編寫(xiě)者提供了極大的方便。在手持終端的視頻采集模塊中得到了廣泛的應用。 V4L2驅動(dòng)框架的主要作用是對視頻數據的時(shí)序和數據緩沖區的內存管理，并不直接和硬件打交道，控制硬件和獲得視頻數據需要借助I2C、PCI等驅動(dòng)來(lái)完成。它是一個(gè)雙層驅動(dòng)系統，上層為video device模塊，是注冊了設備功能函數的字符設備。下層為V4L2驅動(dòng)，利用video_register_ device()注冊V4L2驅動(dòng)和設備節點(diǎn)/dev/video，在open函數打開(kāi)/dev/video后，對應的對設備文件的操作則實(shí)際替換成由v4l2_ioctl_ ops結構定義的各種V4L2的接口來(lái)完成。V4L2視頻采集流程如圖2所示。 3 Camera ISP驅動(dòng)和sensor驅動(dòng)設計 本模塊完成了智能手持設備的雙sensor支持，包括帶有ISP的前置RAW sensor和簡(jiǎn)單采集功能的后置SoC sensor.careera驅動(dòng)的主要功能封裝在ISP驅動(dòng)中，ISP驅動(dòng)向上層提供V4L2的調用接口，實(shí)際sensor作為v4l2_subdev，由ISP驅動(dòng)的v4l2_subdev_call接口與實(shí)際sensor驅動(dòng)的實(shí)現數據通信。ISP掛接在PCI總線(xiàn)上，兩個(gè)sensor掛接在I2C總線(xiàn)上。 ISP驅動(dòng)的核心結構體為isp_device，它封裝了諸如pei_dev、device、v4l2-device、isp_sub_device等重要的結構體。其中isp_sub_ device映射的是sensor，因為sensor是以v4l2_sub_device的方式完成與ISP進(jìn)行數據和控制信息的交互的。ISP驅動(dòng)中通過(guò)自動(dòng)探測函數pei_register_driver()將完成了初始化的驅動(dòng)結構體注冊進(jìn)內核。在probe函數中不僅需要有利用pci_enable_device()啟用設備等PCI驅動(dòng)的基本操作，還包括兩個(gè)重要的操作就是isp_initialize_modules和isp_register_entities.在這兩個(gè)函數中，完成對從作為v4l2_device的ISP設備到作為v4l2_sub_device的sensor的一系列的初始化。從而既實(shí)現了對上層V4L2接口的銜接，又可以利用V4L2規范中的sub_dev_ call完成與sensor的交互。 Sensor驅動(dòng)的核心結構體為sensor_device，它封裝了v4l2_sub_dev結構體。用于實(shí)現與ISP的交互。在sensor驅動(dòng)中通過(guò)i2e_register_ driver()完成i2e_driver的注冊，并在probe函數中利用v4l2_i2c_subdev_init完成從i2c_client到v4l2_sub_dev的映射。并通過(guò)v4l2_sub dev_ops定義了相應的操作。實(shí)現作為i2c設備的sensor通過(guò)sub_dev_call與上層驅動(dòng)交互的功能。 4 結束語(yǔ) 文中對Android系統下的Camera模塊的架構和模組的驅動(dòng)設計進(jìn)行了深入系統的分析，結合被手持設備廣泛應用的V4L2視頻采集接口規范給出了完整的設計實(shí)現方法，并介紹了分別基于PCI總線(xiàn)和I2C總線(xiàn)的Camera模組中的ISP驅動(dòng)和sensor驅動(dòng)，對于多媒體視頻采集需求場(chǎng)合中，視頻設備驅動(dòng)或者其他相關(guān)設備驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)有著(zhù)一定的參考價(jià)值。 |
