Linux操作系统下USB摄像头驱动开发

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 2 V4L标准的改进

  V4L标准目前已经发展到第二版V4L2,其基本思路与V4L相同。

  2.1 标准分析

  根据V4L标准,户态程序在需要一帧图像时,CPU的走向如图2。CPU按照123456的顺序完成一个循环。在这里,有一个细节被忽略:在完成例程中,也就是图2中步骤6,该URB被立刻发出,但是由于这时用户程序正在阻塞等待,没办法再次提出获得图像的申请,因此在判断有无新请求时,判断的结果必然是当前无请求,导致下一个URB带回的数据被驱动丢弃;由于核态、户态的切换需要一定的时间,加上户态多进程同步等开销,等到应用程序能够再次发出获得一副图像的申请时,已经有不止一个URB带回的数据被丢弃掉,这些URB包含的数据正好是新一帧图像的开始部分。因此驱动必须等到再下一帧图像才能保存数据、缓冲。这样凭白损失了一帧图像,帧速最少下降一半。

2.2 改进思路:不间断采集

  为了解决这个问题,可以改进V4L标准作,使其增加新的功能:通过新的参数,让ioctl()函数通知驱动不间断采集、缓冲图像数据,轮流保存在两帧缓冲区中,并在一帧图像采集好后,设定“图像采集好”旗语。户态程序只需要发出一次“获得图像”请求,就可以通过阻塞等待该旗语,不断获得图像。在采集结束后,再次通过新的参数,让驱动停止缓冲即可。CPU工作流程图如图3。

  注意到图2、图3,两种“判断有无新请求”的不同,即可发现新方法假定一直有请求,因此不丢弃每个URB带回的数据,轮流保存在两个帧缓冲内。

  V4L已经作为约定俗成的标准被内核支持,因此如果使用全新的参数,工作量将相当巨大,并且不能和现有的应用程序兼容。考虑到现有的图像采集应用程序使用VIDIOCMCAPTURE作为参数,并提供帧序号,要求驱动将图像保存到指定序号的帧缓冲内。由于驱动通常仅仅提供几帧缓冲,因此该序号不会大于某个数字,如10。因此可以继续使用VIDIOCMCAPTURE参数,搭配较大的序号来表示新增的功能,例如用10000和10001来分别表示开始和停止缓冲图像数据的要求。驱动在收到VIDIOCMCAPTURE要求后,检查这个序号。如果小于10000,则按照正常的方法处理,否则按照改进方法。这种思路可以有效解决兼容性问题。

  

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