周頂輝，王艷秋

（遼寧工業(yè)大學(xué)通信與信息系統(tǒng)，遼寧 錦州 121000）

隨著多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展和后PC機時代的到來，USB攝像頭的應(yīng)用越來越廣泛，例如遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻電話和視頻會議等。攝像頭由主控芯片和傳感芯片組成，主控芯片負(fù)責(zé)圖像采集、壓縮以及和主機的通信。我們使用的是市面上常見的一款CMOS攝像頭，主控芯片為臺灣松翰科技(Sonix)公司的SN9C288CF6-1，傳感芯片是ov7620。本文主要介紹USB協(xié)議驅(qū)動模塊的分層結(jié)構(gòu)、驅(qū)動程序的實現(xiàn)過程及設(shè)備的硬件初始化。

1 USB協(xié)議驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)

USB設(shè)備驅(qū)動程序，主要由USB內(nèi)核控制模塊和設(shè)備驅(qū)動模塊兩部分構(gòu)成。USB內(nèi)核控制模塊封裝了支持USB主控制器及USB設(shè)備驅(qū)動的特定API，通過定義一系列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、宏和函數(shù)，來抽象化硬件，使得系統(tǒng)對各種設(shè)備的訪問都采用統(tǒng)一的形式，做到了硬件無關(guān)。設(shè)備驅(qū)動模塊，主要完成USB設(shè)備的注冊注銷、硬件初始化和為上層應(yīng)用程序提供接口等工作。由于在Linux系統(tǒng)中，已經(jīng)內(nèi)置了USB內(nèi)核控制模塊，我們只需要編寫設(shè)備驅(qū)動程序。

2 設(shè)備驅(qū)動程序的實現(xiàn)流程

2.1 注冊和注銷驅(qū)動設(shè)備

Linux USB驅(qū)動程序首先要做的，就是把包含設(shè)備信息和相關(guān)操作的結(jié)構(gòu)體ov7620_driver注冊到USB子系統(tǒng)里，該過程是調(diào)用usb_register函數(shù)來完成的，具體過程如下：

usb_ov7620_init(void)

{......

proc_ov7620_create();//建立PROC設(shè)備文件

if(usb_register(&ov7620_driver)<0)//調(diào)用usb_register函數(shù)完成注冊

return-1;

info("ov7620 driver%s registered",version);

return 0;

};

其中ov7620_driver包含了USB攝像頭的相關(guān)信息，并提供了當(dāng)攝像頭插入拔出時所對應(yīng)的操作，結(jié)構(gòu)如下：

static struct usb_driver ov7620_driver={

.name="ov7620",

.id_table=device_table,

.probe=ov7620_probe,

.disconnect=ov7620_disconnect

};

probe和disconnect是函數(shù)指針。當(dāng)插入USB攝像頭時，調(diào)用ov7620_probe()函數(shù)，主要用來檢測VID和PID，看USB內(nèi)核控制模塊里有沒有匹配的驅(qū)動，如果有向Linux的視頻子系統(tǒng)注冊，并將驅(qū)動實現(xiàn)的系統(tǒng)調(diào)用，掛到內(nèi)核中：

ov7620_probe(struct usb_interface*intf,const struct usb_device_id*id)

{......

if((err_probe=spcaDetectCamera(ov7620))<0)//具體物理設(shè)備查找，匹配廠商號，設(shè)備號

{err("Devices not found!!");goto error;}

……

memcpy(ov7620->vdev,&ov7620_template,sizeof(ov7620_template));

//系統(tǒng)調(diào)用的掛接，在此將驅(qū)動實現(xiàn)的系統(tǒng)調(diào)用，掛到內(nèi)核中

}；

當(dāng)攝像頭從USB總線拔掉，設(shè)備指針會調(diào)用ov7620_disconnect()函數(shù)：

static void ov7620_disconnect(struct usb_interface*intf)

{……

if(ov7620->vdev)

video_unregister_device(ov7620->vdev);//注銷video設(shè)備

};

2.2 上層應(yīng)用接口模塊

當(dāng)設(shè)備插入USB總線時，系統(tǒng)會調(diào)用probe函數(shù)探測設(shè)備并把系統(tǒng)調(diào)用掛接到內(nèi)核。上層應(yīng)用程序在獲取設(shè)備句柄以后，可以直接通過系統(tǒng)調(diào)用對設(shè)備進(jìn)行操作，如read、write等。作為攝像頭驅(qū)動不需要輸出功能，因此在程序中沒有實現(xiàn)write系統(tǒng)調(diào)用。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

static struct file_operations ov7620_fops={

.owner=THIS_MODULE,

.open=ov7620_open,//open功能

.release=ov7620_close,//close功能

.read=ov7620_read,//read功能

.mmap=ov7620_mmap,//內(nèi)存映射功能

.ioctl=ov7620_ioctl,//文件信息獲取

};

ov7620_open完成設(shè)備的打開和初始化，并初始化解碼器模塊。其具體實現(xiàn)如下：

static int ov7620_open(struct video_device*vdev,int flags)

{……

err=ov7620_init_source(ov7620);//初始化控制器和傳感器芯片

err=ov7620_init_transfert(ov7620);//初始化URB(usb request block)包，啟動攝像頭，采用同步傳輸?shù)姆绞絺魉蛿?shù)據(jù)

};

ov7620_close函數(shù)主要完成設(shè)備的關(guān)閉，ov7620_mmap和ov7620_read是應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)的兩個接口函數(shù)。ov7620_mmap通過remap_page_range函數(shù)實現(xiàn)內(nèi)存映射，ov7620_read通過copy_to_user實現(xiàn)用戶空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)拷貝，只讀取其中一幀大小的數(shù)據(jù)。

2.3 初始化傳感器和控制器

在打開設(shè)備時，需要對硬件進(jìn)行初始化。攝像頭由兩個主要的芯片組成，圖像傳感器芯片ov7620和橋接芯片SN9C102P。攝像頭的結(jié)構(gòu)框圖如圖1。橋接芯片提供了開放的源代碼，里面提供了對傳感器控制的接口函數(shù)，如sn9c102_i2c_write，sn9c102_i2c_read等。利用提供的接口函數(shù)我們就可以對ov7620的寄存器寫值，完成傳感器的初始化工作和圖像采集控制，過程如下：

sn9c102_i2c_write (ov7620->dev,ov7620_sensor_init [i],8)//ov7630_sensor_init是傳感器ov7620寄存器結(jié)構(gòu)。

圖1 攝像頭的結(jié)構(gòu)框圖

3 驅(qū)動程序的移植和測試

在PC機上搭建交叉編譯環(huán)境，系統(tǒng)配置為fedora 7，內(nèi)核2.6.19，安裝的交叉編譯工具為arm-linux-gcc-3.4.1。編譯環(huán)境建立以后，還需要配置Makefile文件，完成后只要在終端里執(zhí)行make命令就可以生成驅(qū)動模塊文件。然后通過超級終端下載到Te2440開發(fā)板上，用insmod命令加載驅(qū)動。在開發(fā)板上運行servfox，在PC機上通過spcaview就可以看到圖像了。

4 結(jié)束語

本文對USB攝像頭驅(qū)動程序的開發(fā)過程，進(jìn)行了簡單的介紹，并介紹了Makefile文件的內(nèi)容。本文程序結(jié)構(gòu)功能相對簡單，在此基礎(chǔ)上可以擴展出一個視頻監(jiān)控系統(tǒng)，或者進(jìn)行圖像處理方面的研究。

[1]Alessandro Rubini,Jonathan Corbet.Linux設(shè)備驅(qū)動程序[M].魏永明，駱 鋼，姜 君譯.北京：中國電力出版社，2002.

[2]劉春成.基于嵌入式Linux的USB攝像頭驅(qū)動開發(fā)[J].計算機工程與設(shè)計，2007，(8)：2-3.

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[4]孫天澤，袁文菊，張海峰.嵌入式設(shè)計及Linux驅(qū)動開發(fā)指南—基于ARM9處理器[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.