Linux下视频远程监控系统设计与实现4
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或 ｕ ｅｓｒ ｅ ） 核 注销设备， 时 ｎｇｔ ｂｄ （ ｒ ｉ ｌ ｖ 从内 中 ｅ ｋ 同 释放占 主设 用的 备号。
２ 设备的 打开与释放 ） 打开设 通过调 ｉ 一ｐｒｉ ｓ 构中的函数。ｅ ） 备是 用ｆ ｅ ｔｎ结 ｌｏ ａｏ ｅ ｐｎ 来完成的， （ 它是 驱动程序用来为 今后的 操作完成初始化准备工作的。 在大部分驱动程序中， ｏｅ ） ｐ（ ｎ 通常需要完成下列工作： １ ．检查设备相关错误，如设备尚未 准备好等。 ２ ．如果是第一次打开，则初始化硬件设备。 ３识 设 备号， 有必 更新 操作 前 指针ｆ ｏ ． 别次 如果 要则 读写 的当 位置 ｏｓ ｐ
程序的设计需要较多得考虑 Ｐ Ｉ Ｃ 总线的使用特性。
３１１ ｕ 下设备驱动结构 ．． Ｌｎｘ ｉ
了 解设备驱动程序的 基本结构 （ 或者称为框架） 对开发人员而言是非常 ， 重要的，Ｌ ｕ ｉ ｘ的设备驱动程序大致可以 ｎ 分为如下几个部分：驱动程序的注 册与注销、设备的打开与释放、设备的读写操作、设备的控制操作、设备的 中断和轮询处理。
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ｏｅ） 数时 的 个设备 件指 ｐ（ ｎＰ 分配 一 Ａ 文 针，ｂｖ ｍｐ ｔ ｍ ａ通过系 调用ｍ ａ） ｔ ＿ 统 ｍｐ实 （
际完成设备存储空间到用户程序空间的地址映射。 驱动程序在内 开辟了３ 个帧大小的视 存中 ２ 频缓冲区队 每个缓冲区的 列，
中断返回
图 ３ Ｂ８８ － ｔ 驱动中断 模块流程 ３ ７ 处理
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３２５ ．． 控制和数据读写模块
Ｂ ７驱 程 通过ｂｖｏ 结 中 函 ｔ ｉｔ ，向 用 序 序 ｔ８ 动 ８ ｔ ｆｓ 构 的 数ｂｖｏｌ ｔ ｐ ＿ ｔ ｃ０ 应 程 提 ＿
读取中断状态寄存器 ｂｅ （Ｔ７ ＩＴＳＡ ） ｔａ Ｂ ８８ Ｎ ＿ Ｔ ｒｄ ｓ ｅ Ｔ
清除中断 状态寄 存器 ｂ ｒｅｔ， ８８ Ｎ Ｔ Ｔ ｔ ｉ（ａＢ ７Ｊ 毛ＳＡ ） ｗ ｔｓｔ Ｔ 入的中断状态寄存
５ 信息，判断属性
根据判断结果，分别调用具体 的Ｏ Ｔ中断处理程序
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第 ３章 Ｌｎｘ ｉ 下视频采集编码实现 ｕ
３１ ｕ 下 Ｐ Ｉ ． ｉ Ｌ ｘ Ｃ ｎ 设备驱动
视频采集部分所使用的是基于 Ｂ８８ Ｃ 总线视频捕捉卡， ｔ 的Ｐ Ｉ ７ 作为一个 ＰＩ Ｃ 总线主设备，Ｂ８８ ｔ 不需要额外的板上缓存来存储视频数据。基于Ｂ８８ ７ ｔ ７ 的视频采集卡有效地利用了Ｐ Ｉ Ｃ 总线提供的 ３ Ｂ ３ ／ Ｍ Ｓ的传输速率， Ｄ Ａ 在 Ｍ 通道的控制下， ２ ３ 位的的图象数据通过Ｐ Ｉ Ｃ 总线传送。因此对于视频卡驱动
４ ）设备的控制操作 除了 读写操作外， 应用程序有时还需要对设备进行控制，这可以通过设
备驱 程序中 函 ｉｔ ） 完 ｉｔ ） 用 与具 备 动 的 数 ｏｌ 来 成。ｏｌ 的 法 体设 密切关联，因 ｃ （ ｃ（
此需要根据设备的实际情况进行具体分析。 ５ ）设备的中断和轮询处理 对于不支持中断的硬件设备，读写时需要轮流查询设备状态，以便决定 是否继续进行数据传输。如果设备支持中断，则可以按中断方式进行操作。
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字符 备的 操作 对比 读写 相 较简单， 设 直接使 数 ｒｄ） ｗｉ（ 用函 ｅ （ ａ 和 ｒ ） ｔ 就可 ｅ 以 但如 块设 话， 要调 数ｂ ｃ ｄ） ｂ ｃ￣ （ 了。 果是 备的 则需 用函 ｌｋ ｅ （和 ｌｋｗ ｔ ） ｏ 一ａ ｒ ｏ ｒ ｉ ｅ
来进行数据读写，这两个函数将向设备请求表中增加读写请求，以便 Ｌｎｘ ｉ ｕ 内核可以对请求顺序进行优化。由于是对内存缓冲区而不是直接对设备进行
３３１ 的能力 ． ＶＬ ． ４ 查询接口
使用 ＶＤＯ Ｇ Ａ ｉ ｔ调用 Ｃ Ｃ Ｐ ｌ 来获得一个视频设备的能力信息。 ＩＩ ｏ ｃ 通过这
个 ｉｔ命 来 充 ｖｅ ｃ ａｌ 构 并 返回 个 构体的 柄。 ｏｌ 令 填 ｉｏ ｂｉ ｃ ｄ ａ ｉｙ结 体 且 这 结 ｐ ｔ 句
供对 件 控 接口 最终调 ２ ｃ ｎ ｃ ｎａ （ 和Ｉ 的 硬 进行 制的 。 用ｉ ｌ ｔ ｏ ｎ ｄ ｃ ｓ ｎ ） ｉ ｅ ｎ 完成 Ｏ口
控制信息交换。
视频卡的 模块主要完成的 读写 是将ｆ ｐｖｅ 数据 ｉ ｒｉ 域的 传递给ｄ ａ ｌ ｉｔ ｅ ａ 指针 ｔ
的 作， 种方 视频数 操 这 式的 据读写需 建 要 立在己 经为ｆ＿ｒｉ 域建 与 ｉ ｉ ｔ 立了 ｌ ｖｅ ｅ ｐ
１ ）驱动程序的注册与注销
向 系统增加一个驱动程序意味着要赋予它一个主设备号， 这可以 通过在
驱动 （或者 ｅ ｓ ｂｄ （来完 ｇｔ ｈ ｖ ｅ ｒ ｇｔ ｌ ｖ ｅ ｋ
成。 而在关闭 字符设备或者块设备时， 则需要通过调用 ｕｒ ｉ ｒ ｅ（ ｎ ｇｔ ｃｒ ｖ ） ｅｓ ｈ ｅ ｄ
计数加 １（ 用来标记当前使用该视频卡驱动的 用户态应用程序的数目） 。 在 ｂｖ ａ 模块中， ｅ ｅ ｔｒ ｓ ｅ ｌ 完成资源释放工作， ｆｅ ｋｅ 设备文件句柄 ｔ ｒ ｈ ，销 毁视频数据缓冲区队列ｖ ｅ ｕ ｑｅ ， ｉｏ ｆ ｕ 用户计数减 １ ｄｂ ｕｅ ｅ
３２３ ．． 内存映射模块
操作的，因 此能很大程度上加快读写 速度。 如果内 存缓冲区中 没有所要读入 的数据，或者需要执行写操作将数据写入设备， 那么就要执行真正的数据传
输， 是 过 用 据 构ｂ ｄ ｅｒ（ 的 数ｒｕｔｎ） 完 。 这 通 调 数 结 ｌ ｅ ｓ ｃ中 函 ｅ ｅｅ（ 成的 ｋ ｓ ｖｔ ｕ ｑ ｓｆ ｓ 来
视频采集卡Ｉ 存的地址映射时才能顺利进行。 Ｏ内
３２６ ．． 卸载设备模块
卸载设备模块与初始化设备模块是相对应的，主要是调用函数 ｐｉ ｇｔ ｄｖ （ 从 Ｌ ｕ ｃｕｒ ｉ ｒ ｅ ） ｉ ｘ内核中注销 Ｐ Ｉ ｎ ｓ ｒｒ ｅ ｅ ｉ ｎ Ｃ 设备驱动程序： 调用
ｂｖｕ ｅｓｒ ｉｏ注销 ｖ ｅ ｌｕ （ｉｘ下通用视频系 ｔ ｎｇｔ ｖ ｅ ｔ ｒｉ ｄ ＿ ｅ ｉｏ ｉｘ ｎ ｄ ４ｎ Ｌ ｕ 统调用 接口） 、 ｒ ｉ ｆｅ 释放中断资源。 ｅｒ ｑ
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西南交通大学硕士研究生学位论文 第１ 页 ４ 在用模块方式实现 Ｐ Ｉ Ｃ 设备驱动程序时，通常至少要实现以下几个部 分：初始化设备模块、中断处理模块、 设备打开模块、 数据读写和控制模块、 设备释放模块、设备卸载模块、驱动装载模块、驱动卸载模块。
３２ ｕ 下 Ｂ８８ ． ｎｘ Ｔ７ 视频卡驱动实现 Ｌ ｉ
驱动程序采用模块化的设计结构，视频采集芯片为 Ｂ ８８ 整个视频卡 Ｔ７ 驱动的结构框如图 ３１ －：
ｏｅ 块 ｐ模 ｎ
ｍａ ｍｐ 模
块
ｉｔ 块 ｏｌ ｃ 模
ｃｓ ｌｅ ｏ 模块
Ｂ８８ ｔ 公共处理模块 ７
图 ３１ ７ 驱动模块图 － Ｂ８８ ｔ
３２１ ．． 驱动程序加载模块
当 Ｌｕ ｉ ｘ内核启动并完成对所有 Ｐ Ｉ ｎ Ｃ 设备进行扫描、登录和分配资源 等初始化操作的同时， 会建立起系统中 所有 Ｐ Ｉ Ｃ 设备的拓扑结构，此后驱动 程序需要对Ｂ８８ ｔ 视频卡设备进行初始化，具体步骤如图３ ： ７ － ２
配置 好所有的 ＰＩ 备， Ｃ 设 包括中 断号以 Ｉ 及 ／ Ｏ基址， 在 ／ ｃ ｃ 中 并 文件ｐ ／ｉ ｏ ｒｐ 列出 所有找到的 Ｐ Ｉ Ｃ 设备，以 及这些设备的 参数和属性。 Ｌｕ ｉ ｘ驱动程序通常使用结构 （ｒ ｔ 来表示一 ｎ ｓｕ ） ｔｃ 种设备，而结构体中的
变量则代表某一具体设备，该变量存放了 与该设备相关的所有信息。好的驱 动程序都应该能驱动多个同 种设备，每个设备之间用次设备号进行区分，如 果采用结构数据来代表所有能由该驱动程序驱动的设备， 那么就可以简单地 使用数组下标来表示次设备号。
３１２ 设备特点 ．． Ｐ！ Ｃ
ＰＩ Ｃ 设备上有三种地址空间： Ｃ 的 】 空间、 Ｃ 的存储空间和 Ｐ Ｉ ＰＩ ／ Ｏ ＰＩ Ｃ 的配置空间。Ｃ Ｕ 可以访问 Ｐ Ｉ Ｐ Ｃ 设备上的所有地址空间，其中 】 ／ Ｏ地址空 间和内 存地址空间提供给设备驱动程序使用， 而配置空间则由 Ｌ ｕ ｉ ｘ内核中 ｎ 的 ＰＩ Ｃ 初始化代码使用。内 核在启动时负责对所有 Ｐ Ｉ Ｃ 设备进行初始化，
３３ 视频采集系统调用接口 ． Ｌ Ｖ ４
Ｖ １ 全称为 Ｖ ｅ Ｌ ｕ，它主要提供给应用程序与 ４的 ｉｏ ｉｘ ｄ４ｎ 视频捕捉有关的 Ａ Ｉ ｂｖ是 Ｖ１ Ｐ． ｔ ｔ ４ 的驱动，它的功能只是从 视频卡的硬件上取出 数据， 而在
ｌｕ ｉ ｘ上， ｎ 我们要用 ｌｕ ｉ ｘ提供 自 ｎ 带的视频开发包 ｖ１ ４ 来为我们的上层应用 程序提供一个上层应用程序与下层硬件之间的一个中间层。
内存映射用来将设备内存映射到进程内 存中， 这样可以增加读取的速度 ｆｅ ｉ ｌ 适用于大量数据的读写。在 Ｂ８８ ｔ 视频驱动中具体调用 ｂｖ ７ ｔ ｔ
＊ｌ ｓｕ ｖ ａａ ｃ ＊ ａ ｉ ｔｃ ｍ ｔ ｔ 实现内 射， ｆ ， ｔ ｒ ｓｕ ｖ ） ｅ ｒ ｅ ｒ ｍ 存映 其中 ｆ ｉ ｌ ｅ为用户 程序调用
中断申请 ｒｑｅ ｉ ｅｕｓ ｒ ｔ ｑ
初始化中断 ｉ口ｒ ｅ（ｖ ｎ ｑｇｔ ｉ ｒ ｂ）
图 ３２ ７ 驱动程序加载流程图 － Ｂ８８ ｔ
３２２ ｎ ｒ ｌ ｓ 模块 ． Ｏｅ 和 ｅｅ ｅ ． ｐ ａ
在ｂｙＯｅ这个 ｎ 模块里主 成 设 件句 ｈ ｋ ａｏ ；进 ｔ－ ｔ ｐ 要完 分配 备文 柄ｆ＝ ｍｌｃ 并 ｌＱ 行ｆ初 化参 ｈ 始 数设置， 后初 化视 缓 链表 ｖ ｅ ｕ ｑ ｕ ｉｔ用户 而 始 频 存 ｉｏ ｆ ｅ （ ｄｂ ｕ ｎ） ｅ ｉ；
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