camera驱动电源配置_Camera模块解析之驱动篇

1

手机摄像头功能概述

手机摄像头功能由多个功能模块组成，主要三个部分，采集，加工，显示。

(1)采集部分由感光的sensor完成，通过CAM

IF接口与手机芯片内的CAM连接。

(2)CAM对CAM

IF数据进行加工，主要是格式转换，特殊效果等。最终处理出来的一帧数据，存在内存中。

(3)

手机的刷新线程，使用手机内部的DMA功能，或者OVERLAY技术，把处理好的camera图像，显示到LCD上。刷新部分，不在camera框架范围内，后面只做简单讨论。

图1：Camera典型硬件模块图

2

Sensor简介

Sensor是对图像的采集系统，通常采用的是ov系列的芯片。如ov2655等。通常包含两路接口：

(1)控制总线：Sensor也是一个智能嵌入式系统，一般通过I2C总线与手机芯片通信。手机可以通过I2C读写Sensor的寄存器，改变Sensor的参数，从而改变其工作方式。

(2)数据总线：Sensor通过CAM

IF接口与CAM联系。

图2：sensor硬件连接图

由图可知，sensor工作的条件需要：

(1)电压供应，一般模拟电压，数字电压。

(2)工作时钟，通常为24M

HZ的正弦波。一般为手机芯片产生

(3)SDA,SCL，i2c总线连接，sensor通常为从设备。

(4)standby控制线，手机芯片通过这条GPIO控制线，控制sensor的工作是否开启。

(5)Sensor输出给手机芯片的接口，CAM

IF接口：

(6)并行数据线，通常8位，10位。分辨率高的sensor数据线需要更多。

(7)提供给手机芯片内集成的camera模块的PCLK,HCLK,VCLK.(像素同步信号，行同步信号，帧同步信号)。

Sensor通常产出稳定频率的数据图像流，手机芯片可以通过I2C总线接口，修改寄存器，改变帧频率。也可以改变sensor的输出流的格式，通常采用yuv422格式。

3

CAM简介

CAM就是将Sensor采集过来的数据，转换相应格式，及其他加工，最后存放到内存中。CAM核心就是个DSP。这个阶段，dsp可以做很多图像处理的事情。比如颜色纠正，自动对焦，scaler等。不同平台会有不同。

由于Sensor的核心也是dsp，对于这些特效工作，一般Sensor中也会提供。

高通平台的Sensor的特效(反色)就可以在Sensor中设置。

由图可知

CAM consists ofthe following

elements:

• Image Signal Processing

(ISP)1

• Color Processing

• Image effects

• Luminance / Chrominance Splitter

(Y/C Split)

• Resize

(Down/Up-Scalers)

• JPEG Encoder

• YCbCr to RGB conversion for

preview

• Memory Interface

• Control Unit

具体详解，可见ste6715 datesheet。

这些模块看似很复杂，对于我们开发者来说，也不复杂。我们知道它们相应的流程，并且知道每个子模块提供了什么功能。这些模块的功能可以通过相应模块的寄存器进行相应调整的]。这同sensor的参数调整的思想是一样的。硬件提供功能，通过寄存器进行参数调整。

Camera的native层软件接口，在Camera在native层中，提供了

/dev/video*的设备节点。Native层通过打开设备文件，关联上camera，申请一串帧缓冲区，建立循环队列，并把这些内存地址传给内核的

camera模块，并等待内核camera的处理结束。Camera模块一帧处理结束，native层就会返回。

4 LCD显示

LCD的显示，就是将lcd的framebuffer的数据映射到LCD屏上，而我们

camera的数据要在屏幕上显示，就只需建立camera帧buffer到framebuffer的映射关系。可以使用内核的DMA，也可以使用

overlay。通常的preview过程都是在native层以上开个线程，waiting

kernel的处理完成，然后push到lcd屏上，如此循环。

(1)软件设计思想

5 V4l2驱动框架：

关联文件：V4l2-dev.c(src\linux\kernel\linux\drivers\media\video)

Videodev2.h(src\linux\kernel\linux\include\linux)

Cam-core分析

V4l2.c(src/linux/modules/v4l2cam)

V4L2是linux的标准接口，提供了众多的标准IOCTL接口，这样不管内核驱动如何改变，风格各异，都可以让应用程序native程序稳定工作。IOCTL接口标准定义于Videodev2.h，这个文件也会被android系统所引用。

V4L2层的意义在于：让平台的驱动，通过char字符设备层能够与应用关联起来。首先对v4l2.c和v4l2-dev.c两个文件的内容做个简单介绍：

(1)V4l2.c文件主要工作：在模块加载的时候，调用v4l2_init()函数，

该函数完成camera_sensor的获取和对video_device设备的创建，初始化和注册。实际上完成一个video_device设备驱动，

最重要的是v4l2_ioctrl()函数的实现，根据android的HAL层传下来的操作类型调用不同的控制函数，而这些控制函数通过调用

cameraa_sensor和camIF接口来实现。

(2)V4l2-dev.c文件的主要工作：完成一个字符设备驱动，并实现了video_device注册的工作。字符设备驱动中的主要工作是通过调用video_device设备驱动来完成的。

这里请注意：camera驱动分为三个部分，最后生成cam.ko，v4l2cam.ko和sensor.ko三个模块，v4l2cam.ko依赖于cam.ko和sensor.ko模块，因此，v4l2cam.ko后于cam.ko和sensor.ko模块加载。

下面来分析v4l2框架的工作流程。

(1)v4l2-dev.c

v4l2-dev.c文件中初始化函数申请了v4l2的字符设备号，但是并没有注册和关联具体驱动。

static int __init videodev_init(void)

{

dev_t dev =MKDEV(VIDEO_MAJOR, 0);

int ret;

……

ret =register_chrdev_region(dev, VIDEO_NUM_DEVICES, VIDEO_NAME); //申请一组设备号

……

ret =class_register(&video_class); //注册一个类设备

}

提供了2个函数供其他具体驱动进行注册

video_register_device_index();

video_register_device();

int video_register_device_index(struct video_device *vdev, int type,int nr,

intindex)

{

……

vdev->cdev= cdev_alloc();

if(vdev->cdev == NULL) {

ret =-ENOMEM;

gotocleanup;

}

if(vdev->fops->unlocked_ioctl)

vdev->cdev->ops= &v4l2_unlocked_fops;

else

vdev->cdev->ops= &v4l2_fops;

vdev->cdev->owner= vdev->fops->owner;

ret = cdev_add(vdev->cdev,MKDEV(VIDEO_MAJOR, vdev->minor), 1); //注册一个字符设备

……

memset(&vdev->dev, 0, sizeof(vdev->dev));

video_set_drvdata(vdev,priv);

vdev->dev.class= &video_class;

vdev->dev.devt= MKDEV(VIDEO_MAJOR, vdev->minor);

if(vdev->parent)

vdev->dev.parent= vdev->parent;

dev_set_name(&vdev->dev,”%s%d”, name_base, vdev->num);

ret = device_register(&vdev->dev); //注册video_deice设备，将其添加到sysfs文件系统

……

mutex_lock(&videodev_lock);

video_device[vdev->minor] = vdev; //本地管理的一个video_device数组

mutex_unlock(&videodev_lock);

……

}

该文件中核心对象为：static struct video_device

*video_device[VIDEO_NUM_DEVICES];设备文件就是根据index与相应的video_device[index]指针关联。

在videodev_init()初始

化函数中，申请了一组设备号，并注册了一个类video_class，在注册视频设备时，首先注册了一个字符设备，然后用相同的设备号注册了一个设备节

点。这里的字符设备是让平台的驱动通过char字符设备层能够与应用关联起来，V4l2框架核心文件为v4l2-dev.c。

v4l2-dev.c文件的核心对象为：static struct

video_device

*video_device[VIDEO_NUM_DEVICES]，它维护每个注册了的video_device设备，设备文件就是根据index与相

应的video_device[index]指针关联。所以，这个文件的主要工作就是：字符设备的驱动内容。

字符设备驱动最后还是调用video_device的fops来实现的，这个fops就

是v4l2.c中的cam_fops结构体，不过它只实现了打开，关闭，映射和io控制四个函数。这里要注意的是：在注册video_device前是通

过config_a_device()来初始化video_device的fops的成员的。

(2)V4l2.c：

文件中重要的数据对象：

struct acq_device_t {

structvideo_device *vfd; //视频设备对象指针

#defineNAME_LENGTH 16

char name[NAME_LENGTH];

……

*/

structacq_session_cxt_t *streaming; //打开camera的一个上下文

video_frame_t *stream_vdf[V4L2_MAX_VDF];

structcamera_sensor *camera; //sensor对象指针

void *camera_priv_data;

……

};

struct acq_session_cxt_t { //代表一个打开的camera设备

structacq_device_t *dev;

void *camhdl;

void *pool_hdl;

#ifdef CONFIG_V4L2CAM_PMEM

memblock_t blocks[V4L2_MAX_BUF];

#else

struct v4l2_buffer bufs[V4L2_MAX_BUF];

#endif

struct v4l2_pix_format CameraPixfmt;

struct v4l2_pix_format CamPixfmt;

struct v4l2_pix_format CamThumbfmt;

video_frame_t *cur_vdf;

video_frame_t *next_vdf;

int count;

};

V4l2cam驱动模块的初始化函数流程如下：

int v4l2_init(void)

{

……

while (1) {

dev =kzalloc(sizeof(struct acq_device_t), GFP_KERNEL);

dev->camera = v4l2_detect(dev); //检测并获得camera_sensor设备

cam_open(&hdl);

dev->camera_priv_data= dev->camera->init();

cam_close(hdl);

dev->vfd = video_device_alloc(); //为video_device分配内存

if (config_a_device(dev)) { //初始化video_device设备结构，包括fops成员

unconfig_a_device(dev);

ret= -ENODEV;

gotobail;

}

if (video_register_device(dev->vfd,VFL_TYPE_GRABBER, dev->vfd->minor) != 0) { //注册video_device设备

CRITICAL(“Couldn’tregister video driver.”);

unconfig_a_device(dev);

ret= -ENODEV;

gotobail;

}

dev->is_registered= 1;

dev->preview_running= FALSE;

dev->snapshot_running= FALSE;

dev->snapshot_done= FALSE;

init_completion(&dev->complete);

video_set_drvdata(dev->vfd, dev);

}

}

该函数中出现一个config_a_device(dev)函数，这个函数是video_device设备的初始化配置函数，包括对文件操作指针的赋值，这里是一个初始化封装。

先来看看v4l2_detect()函数：

structcamera_sensor *v4l2_detect(structacq_device_t *dev)

{

struct camera_sensor **Cams = NULL;

struct camera_sensor *cam = NULL;

void *hdl = 0;

int i = 0;

PROLOG(“”);

dev->camera = NULL;

cam_open(&hdl);

Cams= sensor_get_cameras(); //获取camera_sensor数组

if (Cams) {

while (Cams[i] != NULL) {

cam = Cams[i];

if (!cam->isProbed) {

cam->isProbed =1;

if (cam->detect() == 0) { //创建和初始化camera_sensor就在这里，这是sensor驱动部分的内容，后面会有详细的介绍

gotodetect_exit;

}

}

i++;

}

}

dev->camera = NULL;

cam = NULL;

detect_exit:

cam_close(hdl);

EPILOG(“”);

return cam;

}

该函数中调用了cam->detect()函数，这个函数在camera的

sensor部分被实现，后面会有详细说明，下面看看如何注册video_device设备的，video_register_device()函数，该

函数代码在前面已经列出，这里简单描述：

intvideo_register_device(struct video_device *vdev, int type, int nr)

{

return __video_register_device(vdev,type, nr, 1);

}

static int__video_register_device(struct video_device *vdev, int type, int nr,

int warn_if_nr_in_use)

{

……

ret= cdev_add(vdev->cdev, MKDEV(VIDEO_MAJOR, vdev->minor), 1);

……

ret= device_register(&vdev->dev);

……

video_device[vdev->minor]= vdev;

……

}

该文件中核心对象为：static struct video_device

*video_device[VIDEO_NUM_DEVICES];设备文件就是根据index与相应的video_device[index]指针关联。

由驱动框架我们了解到，平台驱动就是初始化video_device结构，然后注册到V4L2框架中。在V4l2框架中有几个重要内容有必要提出来：

(1)capture_callback()

voidcapture_callback(void *userdata)

{

struct acq_session_cxt_t*acq_cxt = (struct acq_session_cxt_t *)userdata;

struct acq_device_t *dev;

BUG_ON(!acq_cxt);

dev = acq_cxt->dev;

BUG_ON(!dev);

dev->it_frame_nb++;

if (dev->wait_end_of_frame){

dev->wait_end_of_frame= 0;

complete(&dev->complete);

} else {

if(dev->wait_first_frame) {

dev->wait_first_frame= 0;

complete(&dev->complete);

}

}

}

这是一个回调函数，当一帧数据完成时候，中断函数会响应，从而callback函数也会被调用，唤醒comple等待的函数。此callback函数通过cam_streaming_start函数，注册到底层cam驱动中，下面是启动camera数据流的函数。

static inlineint v4l2_stream_on(structacq_device_t *dev, struct acq_session_cxt_t *acq_cxt, void *arg)

{

……

cam_streaming_start(acq_cxt->camhdl,

acq_cxt->cur_vdf, (void*)capture_callback, (void *)data_loss_callback, (void *)acq_cxt);

……

}

(2)v4l2_do_ioct()

static long v4l2_do_ioctl(struct file *file, unsigned intcmd, void *arg)；

此函数相当庞大，在此不列出了，就是IOCTL的实现函数，每个命令都会有个处理函数，也在此文件中。

(3)v4l2_mmap()

static int v4l2_mmap(struct file *file, structvm_area_struct *vma)；

此函数把内核的cam数据映射到用户空间，用户空间可以读取。

(4)v4l2_open()

static int v4l2_open(struct file

*file)

此函数就是创建一次与具体sensor的连接，重要的是创建了

acq_session_cxt_t上下文对象。但此时cam的采集转换工作并没有启动。启动工作是通过ioctl在v4l2_do_ioctl调用

v4l2_stream_on函数启动的，就是刚才的那个设置回调函数的函数。

这里的核心对象为：struct acq_device_t

*devices[] = { NULL, NULL, NULL, NULL, NULL,NULL, NULL, NULL }；每个

acq_device_t 标识唯一camera设备，而acq_session_cxt_t标识一次打开的上下文。

V4L2平台驱动，调用了2个子模块驱动：Sensor驱动和cam模块驱动，使两者协调工作，从而组成个完成的摄像头工作模块。不过这里要注意的是，v4l2.c

指出同一时间只能打开一次，不能重复打开。

6 Sensor驱动部分：

(一)sensor的核心部分

Sensor-core驱动很简单。此文件维护一个camera_sensor数组，以供v4l2.c使用。它还实现了关联sensor对象的i2c驱动句柄对象(camera_serial_bus类型)。

初始化函数流程：

intsensor_init(void)

{

#ifdef CONFIG_I2C_NEW_PROBE

struct i2c_board_info board_info = {

type :”i2ccamera”,

addr :0x30

};

struct i2c_adapter* i2c_adap=NULL;

PROLOG(“”);

i2c_adap = i2c_get_adapter(1); //获取一号总线适配器

if( i2c_adap==NULL ){

CRITICAL(“Can’t get i2cadapter”);

}else{

i2c_new_device(i2c_adap, &board_info); //创建一个新i2c设备

}

#endif

EPILOG(“”);

return 0;

}

这个函数主要是根据borad_info创建了一个i2c_client设备，这在后面的i2c_init()函数被调用时会匹配到该设备。

文件中有一个camera_sensor数组，用来保存每个sensor实例：

structcamera_sensor *Cams[] = {

&camera_gc2015,

NULL

};

获取sensor数组的重要函数：

structcamera_sensor **sensor_get_cameras()

{

return Cams;

}

该文件的主要工作还是实现了一个camera_serial_bus结构对象camera_sbus_i2c，它是sensor同i2c总线通信的实现。

structcamera_serial_bus camera_sbus_i2c= {

#ifdef CONFIG_I2C_NEW_PROBE

client:NULL,

#endif

init:i2c_init,

cleanup:i2c_cleanup,

set_devid:i2c_set_devid,

read:i2c_read,

write:i2c_write,

read:i2c_read,

read8:i2c_read8,

write8:i2c_write8,

};

(二)sensor部分

Sensor驱动部分的内容就是：根据sensor的datesheet填写出camera_sensor数据结构的函数实现，并创建个

camera_sensor对象，此对象会被sensor-core引用，下面以gc2015为例。

Gc2015的驱动代码实现文件为gc2015.c，该文件中定义了一个camera_sensor对象：

struct camera_sensor camera_gc2015 = {

name:”gc2015″,

detect:gc2015_detect,

isProbed:0,

clock:24,

yuvOrder:INPUT_SEQ_CbYCrY,//INPUT_SEQ_CrYCbY,

hsyncPol:INPUT_POL_VSYNC_HIGH,//INPUT_POL_VSYNC_HIGH,//INPUT_POL_VSYNC_LOW,

vsyncPol:INPUT_POL_HSYNC_LOW,//INPUT_POL_HSYNC_HIGH,//INPUT_POL_HSYNC_LOW,

sampleEdge:INPUT_SAMPLE_EDGE_POS,

fullrange:false,

init:gc2015_init,

cleanup:gc2015_cleanup,

open:gc2015_open,

close:gc2015_close,

enum_pixformat:gc2015_enum_pixformat,

try_format:gc2015_try_format,

set_format:gc2015_set_format,

stop_sensor:gc2015_stop_sensor,

start_sensor:gc2015_start_sensor,

query_control:gc2015_query_control,

get_control:gc2015_get_control,

set_control:gc2015_set_control,

……

query_wb_mode:gc2015_query_wb_mode,

get_wb_mode:gc2015_get_wb_mode,

set_wb_mode:gc2015_set_wb_mode,

check_frame:gc2015_check_frame,

check_short_circuit:NULL,

};

这个文件的主要内容就是实现这些初始化函数，其中最为重要的是gc2015_detect()函数，前文有介绍过，在v4l2框架里面的v4l2.c文件

的v4l2_init()函数中调用v4l2_detect()函数，它既是调用的这个gc2015_detect()函数完成对

camera_sensor的检测和初始化的，下面来看看这个函数的具体实现。

static int gc2015_detect(void)

{

externstruct camera_serial_bus camera_sbus_i2c;

structcamera_serial_bus *sbus;

u6_gpio_write_pin(GC2015_GPIO_PD,GC2015_GPIO_PD_OFF);

msleep(100);

gc2015_set_Mclk(camera_gc2015.clock);

msleep(200);

printk(“gc2015_detect\n”);

if((rc = sbus->init())) { //该函数调用注册一个i2c驱动

CRITICAL(“Couldn’taccess I2c part ofcamera”);

gotoerror;

}

sbus->set_devid(CAM_GC2015_I2C_ID); //重新设定sensor设备的i2c地址

if((rc = gc2015_write_reglist(gc2015_init_global)))

gotoerror;

if((rc = gc2015_read_reg(0x00, &pidh)))

gotoerror;

if((rc = gc2015_read_reg(0x01, &pidl)))

gotoerror;

error:

sbus->cleanup();

u6_gpio_write_pin(GC2015_GPIO_PD,GC2015_GPIO_PD_ON);

gc2015_unset_Mclk();

……

}

这个函数调用了sensor-core.c中的i2c关联对象的初始化函数，然后调用set_devid()函数设置sensor的硬件地址。

static int i2c_init(void)

{

interr = 0;

#ifdef CONFIG_I2C_NEW_PROBE

structi2c_client *cam_i2c_client = NULL;

#endif

PROLOG(“”);

err = i2c_add_driver(&i2c_driver); //注册一个i2c驱动

if(err)

CRITICAL(“Failedto add Camera I2Cdriver”);

#ifdef CONFIG_I2C_NEW_PROBE

cam_i2c_client = camera_sbus_i2c.client;

#endif

if(cam_i2c_client ==NULL) {

i2c_del_driver(&i2c_driver);

err= -ENODEV;

}

EPILOG(“”);

returnerr;

}

注册一个i2c驱动，这册过程伴随着设备与驱动的匹配过程，当匹配成功后就调用相应的probe()函数。

static int sensor_i2c_probe(struct i2c_client *new_client, const struct i2c_device_id *id)

{

PROLOG(“”);

i2c_set_clientdata(new_client,&camera_sbus_i2c);

camera_sbus_i2c.client = new_client;

EPILOG(“”);

return0;

}

至此，sensor设备已准备好，v4l2框架便可访问sensor设备了。

7 Cam驱动部分：

涉及的文件：Cam-core.c

(src\linux\modules\cam)

Cam-lib.c

(src\linux\modules\cam)

此驱动就是cam寄存器的函数封装，以及时钟信号的开关。本文件中的最重要数据cam_interface结构如下：

struct cam_interface cam = {

camPwr:NULL,

camClk:NULL,

jpegClk:NULL,

IsInit:0,

open_counter:0,

whendone_cb:NULL,

onerror_cb:NULL,

data_cb:NULL,

vdf:NULL,

wait_encode:0,

wait_header_generation:0,

wait_data_transfert:0,

wait_vsync:0,

preview_hdl:0,

zoom:1000,

brightness:CAM_BRIGHT_DFT,

saturation:CAM_SAT_DFT,

contrast:CAM_CONTRAST_DFT,

efx:NO_EFX,

previewRunning:FALSE,

immediateUpdate:FALSE,

}

该模块的初始化函数：

intcam_init(void)

{

PROLOG(“”);

if (!request_mem_region(CAM_IF_START,CAM_IF_SIZE, “CAM_IF”)) {

CRITICAL(“request_mem_regionfailed”);

return -EBUSY;

}

if (!cam.IsInit) {

cam.camClk = clk_get(0, “CAM”);

if (IS_ERR(cam.camClk)) {

CRITICAL(“Failed !(Could not get the CAM clock)”);

return -ENXIO;

}

cam.jpegClk = clk_get(0,”CAMJPE”);

if (IS_ERR(cam.jpegClk)) {

CRITICAL(“Failed !(Could not get the CAMJPEG clock)”);

return -ENXIO;

}

cam.camPwr = pwr_get(NULL, “CAM”);

if (IS_ERR(cam.camPwr)) {

CRITICAL(“Failed !(Could not get the CAM power)”);

return -ENXIO;

}

……

}

EPILOG(“”);

return 0;

}

该函数就是对cam成员进行初始化，如申请内存，获取时钟和电源等。下面是驱动中重要的函数：

(1)cam模块的启动函数

int

cam_streaming_start(void *hdl,video_frame_t *

frame, void *whendone_cb, void *onerror_cb, void

*data_cb)

在这里面(前面有说过)上层v4l2.c中的callback函数就是通过cam_streaming_start函数，注册到底层cam驱动中，当一帧数据完成时候，中断函数会响应，从而callback函数也会被调用，唤醒comple等待的函数。

(2)切换到下一帧

void

cam_update_stream_path(void *hdl,video_frame_t *

frame)

(3)中断函数(cam_lib.c文件中定义)

irqreturn_t cam_int_irq(int irq, void *client_data)

{

u32isp_itstat, mem_itstat;

isp_itstat =cam_isp_isr_regs->cam_isp_mis;

mem_itstat =cam_mem_isr_regs->cam_mem_mis;

cam_jpe_regs->cam_jpe_status_mis;

……

else if (mem_itstat & CAM_IMSC_SP_FRAME_END) {

PDEBUG(“SP_FRAME_END,%lx”, jiffies);

cam_int_clear(0,CAM_IMSC_SP_FRAME_END, 0);

if(cam.whendone_cb != NULL) {

if(isp_itstat & CAM_IMSC_V_START) {

PTRACE(“corruptedframe”);

}else {

……

cam.whendone_cb(cam.data_cb);

}

}

}

}

……

}

所有cam模块内部的中断，都是此函数，红色标注部分为一帧数据到来，并最终调用到平台驱动的capture_callback()。

转自：http://blog.csdn.net/yeqishi/article/details/6804701