USB摄像头驱动程序分析

uvc驱动程序主要位于3.42内核\drivers\media\video\uvc文件夹中。由于本身十分复杂，在此只做简单分析。
这幅图来源于UVC的规格书。可以看到一个完整的UVC设备主要分为两个部分：
通过VideoControl Interface来控制，
通过VideoStreaming Interface来读视频数据，
VC里含有多个Unit/Terminal等功能模块，可以通过访问这些模块进行控制，比如调亮度。

分析UVC驱动调用过程

在uvc_v4l2.c中，有：

const struct v4l2_file_operations uvc_fops = {
	.owner		= THIS_MODULE,
	.open		= uvc_v4l2_open,
	.release	= uvc_v4l2_release,
	.unlocked_ioctl	= uvc_v4l2_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT
	.compat_ioctl32	= uvc_v4l2_compat_ioctl32,
#endif
	.read		= uvc_v4l2_read,
	.mmap		= uvc_v4l2_mmap,
	.poll		= uvc_v4l2_poll,
#ifndef CONFIG_MMU
	.get_unmapped_area = uvc_v4l2_get_unmapped_area,
#endif
};

通过以上这些函数接口实现应用程序的系统调用。
下面一个一个分析：

1. open:
   uvc_v4l2_open

ioctr:下面的调用通过uvc_v4l2_ioctl函数实现的：

2. VIDIOC_QUERYCAP // video->streaming->type 应该是在设备被枚举时分析描述符时设置的

		if (video->streaming->type == V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE)
			cap->capabilities = V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE
					  | V4L2_CAP_STREAMING;
		else
			cap->capabilities = V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT
					  | V4L2_CAP_STREAMING;

3. VIDIOC_ENUM_FMT // format数组应是在设备被枚举时设置的

 format = &video->streaming->format[fmt->index];

4. VIDIOC_G_FMT //这个ioctr命令就是为了获取UVC设备支持的format和frame并返回
   uvc_v4l2_get_format // USB摄像头支持多种格式fromat, 每种格式下有多种frame(比如分辨率)

            	struct uvc_format *format = video->streaming->cur_format;
            	struct uvc_frame *frame = video->streaming->cur_frame;

5. VIDIOC_TRY_FMT //对比用户设置的默写参数UVC设备是否支持
   uvc_v4l2_try_format

        /* Check if the hardware supports the requested format. */
        
    	/* Find the closest image size. The distance between image sizes is
    	 * the size in pixels of the non-overlapping regions between the
    	 * requested size and the frame-specified size.
    	 */
   

6. VIDIOC_S_FMT // 只是把参数保存起来，还没有发给USB摄像头

        uvc_v4l2_set_format
            uvc_v4l2_try_format
        	video->streaming->cur_format = format;
        	video->streaming->cur_frame = frame;

7. VIDIOC_REQBUFS //申请缓冲区

        uvc_alloc_buffers
           	for (; nbuffers > 0; --nbuffers) {
        		mem = vmalloc_32(nbuffers * bufsize);
        		if (mem != NULL)
        			break;
        	}

8. VIDIOC_QUERYBUF //查询已经分配完成的buf

uvc_query_buffer
        __uvc_query_buffer
            memcpy(v4l2_buf, &buf->buf, sizeof *v4l2_buf);  // 复制参数

9. mmap

	uvc_v4l2_mmap

//之前的 操作，在内核空间中申请了buffer空间，但是在进一步的操作过程中，对内核空间内存的读写需要涉及到相对复杂的操作，因此需要将分配的buffer空间映射到用户空间当中。

10. VIDIOC_QBUF //将buffer放在队列当中，有数据再将buffer取出来

        uvc_queue_buffer
        	list_add_tail(&buf->stream, &queue->mainqueue);
        	list_add_tail(&buf->queue, &queue->irqqueue);

11. VIDIOC_STREAMON

        uvc_video_enable(video, 1)  // 把所设置的参数发给硬件,然后启动摄像头
            /* Commit the streaming parameters. */
            uvc_commit_video
                uvc_set_video_ctrl  /* 设置格式fromat, frame */
                    	ret = __uvc_query_ctrl(video->dev /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, 0,
                    		video->streaming->intfnum  /* 哪一个接口: VS */,
                    		probe ? VS_PROBE_CONTROL : VS_COMMIT_CONTROL, data, size,
                    		uvc_timeout_param);
                    
            /* 启动：Initialize isochronous/bulk URBs and allocate transfer buffers. */
            uvc_init_video(video, GFP_KERNEL);
                    uvc_init_video_isoc / uvc_init_video_bulk
                        urb->complete = uvc_video_complete; (收到数据后此函数被调用,它又调用video->decode(urb, video, buf); ==> uvc_video_decode_isoc/uvc_video_encode_bulk => uvc_queue_next_buffer => wake_up(&buf->wait);)
                        
                    usb_submit_urb                    	

12. poll //等待数据发生，等待过程中处于休眠状态

       uvc_v4l2_poll            
            uvc_queue_poll
                poll_wait(file, &buf->wait, wait);  // 休眠等待有数据

13. VIDIOC_DQBUF //将buffer重新放回队列当中等待数据接收
    uvc_dequeue_buffer
    list_del(&buf->stream);

14. VIDIOC_STREAMOFF
    uvc_video_enable(video, 0);
    usb_kill_urb(urb);
    usb_free_urb(urb);

分析设置亮度过程：

ioctl: VIDIOC_S_CTRL
            uvc_ctrl_set
            uvc_ctrl_commit
                __uvc_ctrl_commit(video, 0);
                    uvc_ctrl_commit_entity(video->dev, entity, rollback);
                			ret = uvc_query_ctrl(dev  /* 哪一个USB设备 */, SET_CUR, ctrl->entity->id  /* 哪一个unit/terminal */,
                				dev->intfnum /* 哪一个接口: VC interface */, ctrl->info->selector,
                				uvc_ctrl_data(ctrl, UVC_CTRL_DATA_CURRENT),
                				ctrl->info->size);

总结：

1. UVC设备有2个interface: VideoControl Interface, VideoStreaming Interface

2. VideoControl Interface用于控制，比如设置亮度。它内部有多个Unit/Terminal(在程序里Unit/Terminal都称为entity)
   可以通过类似的函数来访问：
   ret = uvc_query_ctrl(dev /* 哪一个USB设备 /, SET_CUR, ctrl->entity->id / 哪一个unit/terminal /,
   dev->intfnum / 哪一个接口: VC interface */, ctrl->info->selector,
   uvc_ctrl_data(ctrl, UVC_CTRL_DATA_CURRENT),
   ctrl->info->size);

3. VideoStreaming Interface用于获得视频数据，也可以用来选择fromat/frame(VS可能有多种format, 一个format支持多种frame， frame用来表示分辨率等信息)
   可以通过类似的函数来访问：
   ret = __uvc_query_ctrl(video->dev /* 哪一个USB设备 /, SET_CUR, 0,
   video->streaming->intfnum / 哪一个接口: VS */,
   probe ? VS_PROBE_CONTROL : VS_COMMIT_CONTROL, data, size,
   uvc_timeout_param);

4. 我们在设置FORMAT时只是简单的使用video->streaming->format[fmt->index]等数据，
   这些数据哪来的？
   应是设备被枚举时设置的，也就是分析它的描述符时设置的。

5. UVC驱动的重点在于：
   描述符的分析
   属性的控制: 通过VideoControl Interface来设置
   格式的选择：通过VideoStreaming Interface来设置
   数据的获得：通过VideoStreaming Interface的URB来获得