V4L2 API详解 <三> Buffer的准备和数据读取

墨蓝 2022-09-26 02:20 207阅读 0赞

作者: Sam (甄峰) sam\_code@hotmail.com

前面主要介绍的是：V4L2 的一些设置接口，如亮度，饱和度，曝光时间，帧数，增益，白平衡等。今天看看V4L2 得到数据的几个关键ioctl，Buffer的申请和数据的抓取。

**1. 初始化 Memory Mapping 或 User Pointer I/O.**

**申请数据Buffer。**

int ioctl(int fd, int requestbuf,  struct v4l2\_requestbuffers \* argp );

参数一：open（）所产生的句柄。

参数二：**VIDIOC\_REQBUFS**

参数三：in/out结构体。

struct v4l2\_requestbuffers

\_\_u32 count;

enum v4l2\_buf\_type type;

enum v4l2\_memory memory; // Applications set this field to `V4L2_MEMORY_MMAP`or `V4L2_MEMORY_USERPTR`

\_\_u32 reserved\[2\];

\};

注意，有两种方式的I/O。 Memory Mapping 和User Pointer。

Memory Mapping的Buffer由Driver申请为物理连续的内存空间(Kernel空间)。在此ioctl调用时被分配，需要早于mmap()动作将他们映射到用户空间。

1.1：Memory Mapping模式详解：

在使用Memory Mapping模式时，参数三中结构体内每个field都需要设置。

\_\_u32 count;  //当memory= V4L2\_MEMORY\_MMAP时，此处才有效。表明要申请的buffer个数。

enum v4l2\_buf\_type type; //Stream 或者Buffer的类型。此处肯定为V 4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE

enum v4l2\_memory memory; //既然是Memory Mapping模式，则此处设置为： V4L2\_MEMORY\_MMAP  
  
  
注意：count是个输入输出函数。因为你所申请到的Buffer个数不一定就是你所输入的Number。所以在ioctl执行后，driver会将真实申请到的buffer个数填充到此field. 这个数目有可能大于你想要申请的，也可能小与，甚至可能是0个。

应用程序可以再次调用ioctl-- VIDIOC\_REQBUFS 来修改buffer个数。 但前提是必须先释放已经  mapped  的  buffer  ，可以先  munmap  ，然后设置参数  count  为  0  来释放所有的  buffer 。

支持Memory Mapping I/O方式的前提是： **v4l2\_capability**  中支持 V4L2\_CAP\_STREAMING。

在这个模式下，数据本身不会被Copy，只是在Kernel和用户态之间交换。在应用程序想要访问到这些数据之前，它必须调用**mmap()**影射到用户态。

同时也要注意，通过ioctl申请的内存，是物理内存，无法被交换入Disk，所以一定要释放： `munmap()。`

1.2：User Pointer模式：

User Pointer模式时，应用程序实现申请。

只需要填充Type= V 4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE， memory= V4L2\_MEMORY\_USERPTR

**2. 询问Buffer状态：**

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2\_buffer\* argp);

参数一：open（）所产生的句柄。

参数二： **VIDIOC\_QUERYBUF**

参数三：v4l2\_buffer 结构体。(IN/OUT参数)

注意，此ioctl是Memory Mapping的I/O方法之一。User Pointer模式不需要。在Buffer在ioctl- `VIDIOC_REQBUFS执行时创建后，随时都可以调用此Ioctl得到buffer信息。`

`视频缓冲区的使用状态、在内核空间的偏移地址、缓冲区长度等。在应用程序设计中通过调VIDIOC_QUERYBUF来获取内核空间的视频缓冲区信息，然后调用函数mmap把内核空间地址映射到用户空间，这样应用程序才能够访问位于内核空间的视频缓冲区`

我们首先通过v4l2\_buffer结构体看看参数三这个输入输出参数需要输入些什么，以及能够得到什么信息。

struct v4l2\_buffer

\_\_u32 index;

enum v4l2\_buf\_type type;

\_\_u32 bytesused;

\_\_u32 flags;

enum v4l2\_field field;

struct timeval timestamp;

struct v4l2\_timecode timecode;

\_\_u32 sequence;

enum v4l2\_memory memory;

union \{

\_\_u32 offset;

unsigned long userptr;

\} m;

\_\_u32 length;

\_\_u32 input;

\_\_u32 reserved;

\};

在调用ioctl-- VIDIOC\_QUERYBUF时，需要写入的项目有：

**enum v4l2\_buf\_type type; //** **V4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE**

**\_\_u32 index; // 这里需要解释一下，因为在调用ioctl-** VIDIOC\_REQBUFS时，建立了count个Buffer。所以，这里index的有效范围是：0到count-1.

在调用ioctl- VIDIOC\_QUERYBUF后，Driver会填充 v4l2\_buffer 结构体内所有信息供用户使用。

如果一些正常：

**1. flags　中：`V4L2_BUF_FLAG_MAPPED`, `V4L2_BUF_FLAG_QUEUED`and `V4L2_BUF_FLAG_DONE被设置。`**

**`2. memory中，`V4L2\_MEMORY\_MMAP被设置。**

**3. `m.offset中，从将要mapping 的device memory头到数据头的offset.`**

**`4.``length`中，填充当前Buffer长度。**

**5。其它的Field有可能设置，也有可能不被设置。**

**这样，mmap（）想要有的信息就全了。而mmap()之后，Device Driver 申请的或者Device Memory就能映射到用户空间。数据就可以被应用程序使用了。这才是ioctl-** VIDIOC\_QUERYBUF的关键作用。

`3.和Driver交换buffer:`

对Camera这样的捕获设备来说，Device将数据放到Buffer中，用户得到数据。Device再次将数据放到Buffer中。

那么Device Driver 怎样知道哪个Buffer是可以存放数据的呢？这就用到当前这两个ioctl- VIDIOC\_QBUF, ioctl-VIDIOC\_DQBUF.

ioctl-VIDIOC\_QBUF: 将指定的Buffer放到输入队列中，即向Device表明这个Buffer可以存放东西。

ioctl-VIDIOC\_DQBUF: 将输出队列中的数据 buffer取出。

**在driver内部管理着两个buffer queues，一个输入队列，一个输出队列。对于capture device来说，当输入队列中的buffer被塞满数据以后会自动变为输出队列，等待调用VIDIOC\_DQBUF将数据进行处理以后重新调用VIDIOC\_QBUF将buffer重新放进输入队列.**

用法：

ioctl--VIDIOC\_QBUF：

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2\_buffer\* argp);

参数一：open（）所产生的句柄。

参数二：**VIDIOC\_QBUF**

参数三：v4l2\_buffer 结构体。(IN/OUT参数)

参数三是IN/OUT 参数。需要填充

**enum v4l2\_buf\_type type; //****V4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE**

**\_\_u32 index; // 这里需要解释一下，因为在调用ioctl-**VIDIOC\_REQBUFS时，建立了count个Buffer。所以，这里index的有效范围是：0到count-1.

**memory:** V4L2\_MEMORY\_MMAP.

则这个结构体指明的buffer被送入输出队列，表明此Buffer可以被device 填充数据。

用法：