全志T507平台增加V4L2 sensor直接操作I2C的API

大綱

• 參考
• 目标
• 背景:
• • 這樣做的目的是什麼?
• 怎麼做?
• 1 研究一下V4L2的sub device的初始化
• 2 具體到我使用的sensor mlx75027,具體的初始化流程
• 3.V4L2 cmd的類型
• 4.不同類型指令的處理過程
• • 1. VIDIOC_XXX 的處理
  • 2. V4L2_CID_XXX 的處理
  • 3. 自定義cmd的處理
  • 4. v4l2_subdev_call() 這個是實作自定義cmd的重點
• 5.遇到的問題
• • 1. is_isp_used 和 is_bayer_raw 的值會影響 V4L2_CID_XXX 的處理邏輯
  • 2. linux 核心宏container_of的意思
• 6. 全志提供了V4L2裝置直接讀寫I2C的做法

參考

我非常嚴重的參考了以下的文章,提前列出來:

非常好的文章

Linux V4L2 draft

v4l2的學習建議和流程解析

V4L2架構解析

Linux V4L2 draft

Linux V4L2 draft

作者: 嵌入式Max

V4L2架構全解析

00 - V4L2架構概述

01 - V4L2架構-v4l2 device

02 - V4L2架構-media-device

03 - V4L2架構-videobuf2

V4L2架構-control

V4L2架構-control的資料結構

作者: Letcos

[Camera]v4l2架構核心空間解析

下面的文章作為一般參考,這裡記錄一下:

V4L2源代碼之旅一：struct v4l2_subdev

V4L2源代碼之旅二：V4L2 sub-device userspace API

V4L2源代碼之旅三：I2C sub-device drivers

V4L2源代碼之旅四：struct video_device

V4L2源代碼之旅五：V4L2的起點和終點

V4L2源代碼之旅六：源碼追蹤

V4L2源代碼之旅七：controls queryctrl()

V4L2源代碼之旅八：ioctl

V4L2源代碼之旅九：videobuf

V4L2源代碼之旅十：videobuf主要結構體

Xilinx Linux V4L2視訊管道（Video Pipeline）驅動程式分析

目标

對一個封裝為V4L2的Sensor,在AP層增加一個直接操作 I2C的API.

背景:

這裡使用的是全志T507的SDK,linux版本是4.9.191

因為在全志平台,sensor裝置并不是預設做為一個标準的I2C 裝置,可以通過 /dev/i2c-x 可以直接對裝置進行讀寫.而是注冊為V4L2的裝置( /dev/videox). 這樣AP層就無法通過正常的I2C操作來操作Sensor 的 Register.

全志平台的I2C有自己的标準 :TWI : Normal Two Wire Interface :“全志平台相容I2C标準協定的總線控制協定”.

但是軟體層面,用的還是I2C的描述 ,這樣就太惡心了,我認為完全沒有必要新發明一套私有的體系,這樣違背了設立I2C的初衷.

這樣做的目的是什麼?

之是以注冊為/dev/videox,就是為了避免AP層對sensor直接進行I2C操作而可能引發問題.

而I2C的操作,全志自己封裝了1層cci來進行操作.

那麼具體是使用cci還是使用twi(也就是I2C),從kernel裡面的配置可以得知是可以選擇的,預設是保留現在的cci方式,可選是将V4L2做為一個正常的I2C裝置.

.config - Linux/arm64 4.9.191 Kernel Configuration

Device Drivers > Multimedia support > V4L platform devices > select cci or cci to twi (use internal cci) —>

(X) use internal cci

( ) chenge cci to twi

怎麼做?

一開始我也不知道V4L2的指令是如何運作的,那麼隻能通過解剖麻雀的方法進行研究.

我對subdevice的了解是裝置可以作為I2C, sensor, v4l2的子裝置,可以互相指向和轉化,是以叫做subdevice,這個有新的了解再補充.

// 從v4l2_subdev擷取i2c_client：
struct i2c_client *client = v4l2_get_subdevdata(sd);

// 從i2c_client擷取v4l2_subdev:
 struct v4l2_subdev *sd = i2c_get_clientdata(client);
 
 
## 從sd成員來擷取父成員的位址
struct v4l2_subdev *sd;
struct sensor_info *info = to_state(sd);

## 擷取info的成員成員sd的位址
struct sensor_info *info;
struct v4l2_subdev *sd = &info->sd;
## 這2個是一個互為 相反的操作

           

1 研究一下V4L2的sub device的初始化

在sunxi平台, /dev/video0 的裝置,大緻是經過下面的流程進行了初始化.

module_init(vin_init);
└──>vin_init(void);
	│	// drivers/media/platform/sunxi-vin/vin-video/vin_core.c
	├──	sunxi_csi_platform_register();
	└──>sunxi_vin_core_register_driver();
		└──>platform_driver_register(&vin_core_driver);
			└──>static struct platform_driver vin_core_driver = {
					.probe = vin_core_probe,
					...
					}
				vin_core_probe();
				│	//drivers/media/platform/sunxi-vin/vin-video/vin_video.c
				└──>vin_initialize_capture_subdev();
					│	// drivers/media/v4l2-core/v4l2-subdev.c				
					│	// 此時将device作為連結清單加入init序列,并開始初始化具體的device,下面是間接的調用				
					├──>v4l2_subdev_init();
					│ sd->internal_ops = &vin_capture_sd_internal_ops;
					│ 	struct v4l2_subdev_internal_ops vin_capture_sd_internal_ops = {
					│ 	.registered = vin_capture_subdev_registered,
					│	.unregistered = vin_capture_subdev_unregistered,
					│};
					└──v4l2_set_subdevdata(sd)
						└──>vin_capture_subdev_registered()
							| // drivers/media/platform/sunxi-vin/vin-video/vin_video.c
							├──>vin_init_controls()
							│	│ //将3A之類的指令注冊一下,并給初始值
							│	├──>v4l2_ctrl_new_std(V4L2_CID_XXX)
							│	├──>v4l2_ctrl_new_std_menu(V4L2_CID_XXX)
							│	└──>v4l2_ctrl_new_custom(V4L2_CID_XXX)
							└──>vin_init_video()
								├──>cap->vdev.name // vin_video0
								├──>cap->vdev.fops = &vin_fops; // 檔案接口的ioctl
								├──>cap->vdev.ioctl_ops = &vin_ioctl_ops; // ioctl的指令清單
								├──>video_register_device(cap->vdev)
								├──>video_set_drvdata()
								└──>vb2_queue_init()
           

2 具體到我使用的sensor mlx75027,具體的初始化流程

// drivers/media/platform/sunxi-vin/modules/sensor/mlx75027_mipi.c
module_init(init_sensor);
│	static struct i2c_driver sensor_driver = {
│			.probe = sensor_probe,
│			...
│	};
└──>init_sensor(void);
	└──>cci_dev_init_helper(&sensor_driver);
		└──>sensor_driver->probe()
			└──>sensor_probe()
				├──>sensor_init_controls(sensor_ctrl_ops);
				│	│  // 定義sensor對3A指令處理的邏輯,可覆寫父級别
				│	└──>v4l2_ctrl_new_std(V4L2_CID_XXX);			
				└──>cci_dev_probe_helper(sensor_ops); // 設定sensor_ops
					│  // 定義sensor對3A指令處理的邏輯,可覆寫父級别
					└──>struct v4l2_subdev_ops sensor_ops = {
						.core = &sensor_core_ops,
						...
						};
						└──>struct v4l2_subdev_core_ops sensor_core_ops = {
							.ioctl = sensor_ioctl, // 上層通過ioctl,最終會調用到這裡,我實作的自定義指令,也會到這個處理
							...
							};

           

3.V4L2 cmd的類型

1. 第一種是定義在 /include/uapi/linux/videodev2.h 中 VIDIOC_XXX

   這種指令的個數不超過 #define BASE_VIDIOC_PRIVATE 192 做為v4l2保留的指令,自定義的指令,不建議加在這個區間内.

   這些指令是v4l2操作的基本函數,包括裝置的打開和關閉,流資料的請求等

/*
 *	I O C T L   C O D E S   F O R   V I D E O   D E V I C E S
 *
 */
#define VIDIOC_QUERYCAP		_IOR('V',  0, struct v4l2_capability)
#define VIDIOC_RESERVED		_IO('V',  1)
#define VIDIOC_ENUM_FMT     _IOWR('V',  2, struct v4l2_fmtdesc)
#define VIDIOC_G_FMT		_IOWR('V',  4, struct v4l2_format)
#define VIDIOC_S_FMT		_IOWR('V',  5, struct v4l2_format)
#define VIDIOC_REQBUFS		_IOWR('V',  8, struct v4l2_requestbuffers)
#define VIDIOC_QUERYBUF		_IOWR('V',  9, struct v4l2_buffer)
#define VIDIOC_G_FBUF		_IOR('V', 10, struct v4l2_framebuffer)
#define VIDIOC_S_FBUF		_IOW('V', 11, struct v4l2_framebuffer)
#define VIDIOC_OVERLAY		_IOW('V', 14, int)
#define VIDIOC_QBUF			_IOWR('V', 15, struct v4l2_buffer)
#define VIDIOC_EXPBUF		_IOWR('V', 16, struct v4l2_exportbuffer)
#define VIDIOC_DQBUF		_IOWR('V', 17, struct v4l2_buffer)
#define VIDIOC_STREAMON		_IOW('V', 18, int)
#define VIDIOC_STREAMOFF	_IOW('V', 19, int)
           

1. 第二種是定義在 /include/uapi/linux/v4l2-controls.h 中 V4L2_CID_XXX

   因為是應用層使用,是以這裡定義了位址,并按照一定的大小來區分不同的應用可以使用的範圍.

#define V4L2_CTRL_CLASS_USER	0x00980000	/* Old-style 'user' controls */
#define V4L2_CID_BASE			(V4L2_CTRL_CLASS_USER | 0x900)
#define V4L2_CID_USER_BASE 		V4L2_CID_BASE
#define V4L2_CID_USER_CLASS 	(V4L2_CTRL_CLASS_USER | 1)
#define V4L2_CID_BRIGHTNESS		(V4L2_CID_BASE+0)
#define V4L2_CID_CONTRAST		(V4L2_CID_BASE+1)
           

1. 第三種是定義在 /include/media/sunxi_camera_v2.h 裡面給各個Camera使用的cmd.

   可以看到在私有的192之後,可以添加sensor的私有資料 VIDIOC_ISP_XXX 和 VIDIOC_VIN_SENSOR_XXX .

#define BASE_VIDIOC_PRIVATE	192
#define VIDIOC_ISP_AE_STAT_REQ  _IOWR('V', BASE_VIDIOC_PRIVATE + 1, struct isp_stat_buf)
#define VIDIOC_ISP_HIST_STAT_REQ _IOWR('V', BASE_VIDIOC_PRIVATE + 2, struct isp_stat_buf)
...
#define VIDIOC_VIN_SENSOR_CFG_REQ _IOWR('V', BASE_VIDIOC_PRIVATE + 60, struct sensor_config)
#define VIDIOC_VIN_SENSOR_EXP_GAIN _IOWR('V', BASE_VIDIOC_PRIVATE + 61, struct sensor_exp_gain)
#define VIDIOC_VIN_SENSOR_SET_FPS  _IOWR('V', BASE_VIDIOC_PRIVATE + 62, struct sensor_fps)
...
// 我新增的指令放在了最後
struct msg_i2c {
	unsigned short addr;
	unsigned short value;
};
#define VIDIOC_VIN_SET_I2C_DATA  _IOWR('V', BASE_VIDIOC_PRIVATE + 76, struct msg_i2c)
           

4.不同類型指令的處理過程

1. VIDIOC_XXX 的處理

int sel = 0;
	int mode = 5;
	enum v4l2_buf_type type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE_MPLANE;
	if (-1 == camera_init(sel, mode))
		return -1;
	if (-1 == camera_fmt_set(mode))
		return -1;
	if (-1 == req_frame_buffers())
		return -1;

	pixformat = TVD_PL_YUV420;
	disp_init(input_size.width, input_size.height, pixformat);
	if (-1 == ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type))
	{
		printf("VIDIOC_STREAMON failed\n");
		return -1;
	}
           

在 ioctl 之後,從kernel 到 driver 的流程如下

// 在 第1節已經知道了  vin_init_video() 會注冊 cap->vdev.fops = &vin_fops; 
// 是以對vin裝置的ioctl都會到這個函數
static struct v4l2_file_operations vin_fops = {
	.unlocked_ioctl = video_ioctl2,
}
static struct v4l2_ioctl_info v4l2_ioctls[] = {
	IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_STREAMON, v4l_streamon, v4l_print_buftype, INFO_FL_PRIO | INFO_FL_QUEUE),
	IOCTL_INFO_FNC(VIDIOC_STREAMOFF, v4l_streamoff, v4l_print_buftype, INFO_FL_PRIO | INFO_FL_QUEUE),
}

EXPORT_SYMBOL(video_ioctl2);
video_ioctl2()
└──>__video_do_ioctl()
	├──>v4l2_is_known_ioctl() // 如果是在已知cmd清單裡面,就執行注冊的func
	├──>struct v4l2_ioctl_info *info = &v4l2_ioctls[_IOC_NR(cmd)];
	└──>info->func(ops, file, fh, arg);
		└──>v4l_streamon()
			└──>ops->vidioc_streamon(file, fh, *(unsigned int *)arg);
				└──>static const struct v4l2_ioctl_ops vin_ioctl_ops = {
					.vidioc_streamon = vidioc_streamon,
					.vidioc_streamoff = vidioc_streamoff,
					}
					// /drivers/media/platform/sunxi-vin/vin-video/vin_video.c
					vidioc_streamon()
					└──>vb2_streamon()
						│ // /drivers/media/v4l2-core/videobuf2-core.c
						└──>vb2_core_streamon()
							├──>v4l_vb2q_enable_media_source()
							└──>vb2_start_streaming()
								│ // /drivers/media/platform/sunxi-vin/modules/sensor/mlx75027_mipi.c
								└──>struct v4l2_subdev_video_ops sensor_video_ops = {
									.s_stream = sensor_s_stream,
									}
									sensor_s_stream()
									└──>sensor_s_streamon(sd,1);
										└──>sensor_write(sd, 0x1001, 0x01); // 實際操作寄存器
           

2. V4L2_CID_XXX 的處理

// drivers/media/platform/sunxi-vin/modules/sensor/mlx75027_mipi.c
module_init(init_sensor);
│	static struct i2c_driver sensor_driver = {
│			.probe = sensor_probe,
│			...
│	};
└──>init_sensor(void);
	└──>cci_dev_init_helper(&sensor_driver);
		└──>sensor_driver->probe()
			└──>sensor_probe()
				├──>sensor_init_controls(sensor_video_ops);
				│	│  // 定義sensor對3A指令處理的邏輯,可覆寫父級别
				│	└──>v4l2_ctrl_new_std(V4L2_CID_XXX);			
				└──>cci_dev_probe_helper(sensor_ops); // 設定sensor_ops
					│  // 定義sensor對3A指令處理的邏輯,可覆寫父級别
					└──>v4l2_subdev_video_ops sensor_video_ops = {
							.s_parm = sensor_s_parm,
							.g_parm = sensor_g_parm,
						...
						};
						└──>struct v4l2_ioctl_ops soc_camera_ioctl_ops = {
							.vidioc_g_parm		 = soc_camera_g_parm,
							}
							└──>soc_camera_g_parm()
								└──>default_g_parm()
									└──>vidioc_g_parm()
										└──>v4l2_subdev_call(vinc->vid_cap.pipe.sd[VIN_IND_SENSOR], video, g_parm, parms);
											└──>in_ctrl_ops = {
												.g_volatile_ctrl = vin_g_volatile_ctrl,
												};
												└──>vin_g_volatile_ctrl()
													// /drivers/media/platform/sunxi-vin/modules/sensor/mlx75027_mipi.c
													v4l2_ctrl_ops sensor_ctrl_ops = {
														.g_volatile_ctrl = sensor_g_ctrl,
													};
													└──>int sensor_g_ctrl(struct v4l2_ctrl *ctrl)
															switch (ctrl->id)
															case V4L2_CID_EXPOSURE:
																sensor_g_exp(); // 實際的處理函數
           

3. 自定義cmd的處理

// /include/media/sunxi_camera_v2.h   在頭檔案增加新的cmd和傳入的參數定義
struct msg_i2c {
	unsigned short addr;
	unsigned short value;
};
#define VIDIOC_VIN_SET_I2C_DATA	_IOWR('V', BASE_VIDIOC_PRIVATE + 76, struct msg_i2c)

// /drivers/media/platform/sunxi-vin/vin-video/vin_video.c
struct v4l2_ioctl_ops vin_ioctl_ops = {
	.vidioc_default = vin_param_handler, // 走的是這個函數
└──>vin_param_handler()
	└──>switch (cmd) {
		case VIDIOC_VIN_SET_I2C_DATA:
		vidioc_set_i2c_zhang(struct file *file, struct v4l2_fh *fh, struct msg_i2c *i2c);
		└──>struct vin_core *vinc = video_drvdata(file);
			v4l2_subdev_call(vinc->vid_cap.pipe.sd[VIN_IND_SENSOR], core, ioctl, VIDIOC_VIN_SET_I2C_DATA, i2c);
			│// /drivers/media/platform/sunxi-vin/modules/sensor/mlx75027_mipi.c
			└──>struct v4l2_subdev_ops sensor_ops = {
				.core = &sensor_core_ops,
				};
				struct v4l2_subdev_core_ops sensor_core_ops = {
				.ioctl = sensor_ioctl,
				}
				└──>sensor_ioctl()
					└──>switch (cmd) {
						case VIDIOC_VIN_SET_I2C_DATA:
				        sensor_s_i2c_data(sd, (struct msg_i2c *)arg);
				        └──> sensor_write(sd, i2c->addr, i2c->value);
           

4. v4l2_subdev_call() 這個是實作自定義cmd的重點

/*
 * Call an ops of a v4l2_subdev, doing the right checks against
 * NULL pointers.
 *
 * Example: err = v4l2_subdev_call(sd, video, s_std, norm);
 */
#define v4l2_subdev_call(sd, o, f, args...)				\
	(!(sd) ? -ENODEV : (((sd)->ops->o && (sd)->ops->o->f) ?	\
		(sd)->ops->o->f((sd), ##args) : -ENOIOCTLCMD))
vidioc_set_i2c_zhang(struct file *file, struct v4l2_fh *fh, struct msg_i2c *i2c);		
└──>v4l2_subdev_call(vinc->vid_cap.pipe.sd[VIN_IND_SENSOR], core, ioctl, VIDIOC_VIN_SET_I2C_DATA, i2c);

struct v4l2_subdev_ops sensor_ops = {
	.core = &sensor_core_ops,
	};
struct v4l2_subdev_core_ops sensor_core_ops = {
	.ioctl = sensor_ioctl,
	}
           

v4l2_subdev_call(vinc->vid_cap.pipe.sd[VIN_IND_SENSOR], core, ioctl, VIDIOC_VIN_SET_I2C_DATA, i2c);

實際上等價于

v4l2_subdev_call(subdevice, sensor_ops , ioctl, VIDIOC_VIN_SET_I2C_DATA, struct msg_i2c);

翻譯過來就是通過subdevice來調用 sensor_ops 的 ioctl 方法, 傳入的參數是VIDIOC_VIN_SET_I2C_DATA, 方法的結構體是struct msg_i2c.

5.遇到的問題

1. is_isp_used 和 is_bayer_raw 的值會影響 V4L2_CID_XXX 的處理邏輯

static int vin_g_volatile_ctrl(struct v4l2_ctrl *ctrl)
{
	struct vin_vid_cap *cap = container_of(ctrl->handler, struct vin_vid_cap, ctrl_handler);
	struct sensor_instance *inst = get_valid_sensor(cap->vinc);
	if (inst->is_isp_used && inst->is_bayer_raw) {
	// 一般而言,V4L2_CID_XXX 會走這個分支
	} else {
	}
// 	/drivers/media/platform/sunxi-vin/vin.c
static int __vin_handle_sensor_info(struct sensor_instance *inst)
{
	if (inst->cam_type == SENSOR_RAW) {
		inst->is_bayer_raw = 1;
		inst->is_isp_used = 1;
	} else if (inst->cam_type == SENSOR_YUV) {
		inst->is_bayer_raw = 0;
		inst->is_isp_used = 0;
	} else {
		inst->is_bayer_raw = 0;
		inst->is_isp_used = 0;
	}
	return 0;
}
// 從這個函數可以看到,隻有sensor的type是SENSOR_RAW的時候,這2個屬性才都是1.
// 是以就需要在初始化清單裡面将sensor的屬性配置好,如果是新增的sensor,這2個值都是0.
// /drivers/media/platform/sunxi-vfe/utility/sensor_info.c
struct sensor_item sensor_list_t[] = {
	/* name       i2c_addr      sensor type  sensor size   sensor max pclk */
	{	"ov2640",	0x60,		SENSOR_YUV,	 PIXEL_NUM_2M, CORE_CLK_RATE_FOR_2M},
	{	"ov5647_mipi",	0x6c,	SENSOR_RAW,	 PIXEL_NUM_5M, CORE_CLK_RATE_FOR_5M},
	}
// 可以把新增的sensor添加在這個結構體的後面.	
           

2. linux 核心宏container_of的意思

linux 核心宏container_of剖析

關于linux container_of用法

container_of用法及實作

linux 驅動程式中 container_of宏解析

詳解Linux核心之位操作

struct struct *struct_p= container_of(struct_member_p, struct struct, struct_member);
//container_of 的作用是:已知 struct結構中某個成員struct_member的指針struct_member_p，就可以知道整個struct的指針struct_p
           

6. 全志提供了V4L2裝置直接讀寫I2C的做法

我是在封裝完畢API之後,才在全志的官網看到了這個方法…現在分享出來.

【FAQ440】Tina線上讀寫Sensor寄存器示例

釋出日期 2021-10-30 15:47:18

平台 V536 V533 V833 V831 就是不知道T507是否也支援,實際看了下,sensor目錄下的所有檔案都是一緻的.

【指令示例】

1）cd /sys/devices/gc2053_mipi（進入目标 sensor 節點目錄）

2）echo 16 > addr_width; echo 8 > data_width（輸入目标 sensor 寄存器位址/資料位寬，請查閱 datasheet 擷取）

3）echo 0 > read_flag（read_flag：讀寫控制節點，使能為1表示後續操作為讀動作，使能為0表示後續操作為寫動作）

4）echo 30350021 > cci_client（“30350021”：0x3035【目标寄存器位址】，0x0021【将要寫入的寄存器值】，在 read_flag = 1 情況下，寫入值為無效狀态）

5）cat read_value（列印上一步操作的結果：寄存器值）

【注意事項】

1）IIC 在系統和硬體上正常工作；

2）上述指令需要在 Camera 正常工作狀态下執行才會有效，如 /sys/devices/sensor 節點是否存在，Camera 是否上電等等；

3）上述指令隻在 tina-linux 系統有效，rtos 系統暫不支援；

有幾個圖不錯,也分享出來