USB摄像头在嵌入式Linux中的应用

2010-06-28周顶辉王艳秋

装备制造技术 2010年3期

周顶辉，王艳秋

（辽宁工业大学通信与信息系统，辽宁锦州 121000）

随着多媒体、网络技术的迅猛发展和后PC机时代的到来，USB摄像头的应用越来越广泛，例如远程监控、视频电话和视频会议等。摄像头由主控芯片和传感芯片组成，主控芯片负责图像采集、压缩以及和主机的通信。我们使用的是市面上常见的一款CMOS摄像头，主控芯片为台湾松翰科技(Sonix)公司的SN9C288CF6-1，传感芯片是ov7620。本文主要介绍USB协议驱动模块的分层结构、驱动程序的实现过程及设备的硬件初始化。

1 USB协议驱动程序的结构

USB设备驱动程序，主要由USB内核控制模块和设备驱动模块两部分构成。USB内核控制模块封装了支持USB主控制器及USB设备驱动的特定API，通过定义一系列的数据结构、宏和函数，来抽象化硬件，使得系统对各种设备的访问都采用统一的形式，做到了硬件无关。设备驱动模块，主要完成USB设备的注册注销、硬件初始化和为上层应用程序提供接口等工作。由于在Linux系统中，已经内置了USB内核控制模块，我们只需要编写设备驱动程序。

2 设备驱动程序的实现流程

2.1 注册和注销驱动设备

Linux USB驱动程序首先要做的，就是把包含设备信息和相关操作的结构体ov7620_driver注册到USB子系统里，该过程是调用usb_register函数来完成的，具体过程如下：

usb_ov7620_init(void)

{......

proc_ov7620_create();//建立PROC设备文件

if(usb_register(&ov7620_driver)<0)//调用usb_register函数完成注册

return-1;

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

return 0;

};

其中ov7620_driver包含了USB摄像头的相关信息，并提供了当摄像头插入拔出时所对应的操作，结构如下：

static struct usb_driver ov7620_driver={

.name="ov7620",

.id_table=device_table,

.probe=ov7620_probe,

.disconnect=ov7620_disconnect

};

probe和disconnect是函数指针。当插入USB摄像头时，调用ov7620_probe()函数，主要用来检测VID和PID，看USB内核控制模块里有没有匹配的驱动，如果有向Linux的视频子系统注册，并将驱动实现的系统调用，挂到内核中：

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

{......

if((err_probe=spcaDetectCamera(ov7620))<0)//具体物理设备查找，匹配厂商号，设备号

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

……

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

//系统调用的挂接，在此将驱动实现的系统调用，挂到内核中

}；

当摄像头从USB总线拔掉，设备指针会调用ov7620_disconnect()函数：

static void ov7620_disconnect(struct usb_interface*intf)

{……

if(ov7620->vdev)

video_unregister_device(ov7620->vdev);//注销video设备

};

2.2 上层应用接口模块

当设备插入USB总线时，系统会调用probe函数探测设备并把系统调用挂接到内核。上层应用程序在获取设备句柄以后，可以直接通过系统调用对设备进行操作，如read、write等。作为摄像头驱动不需要输出功能，因此在程序中没有实现write系统调用。数据结构如下：

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,//内存映射功能

.ioctl=ov7620_ioctl,//文件信息获取

};

ov7620_open完成设备的打开和初始化，并初始化解码器模块。其具体实现如下：

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

{……

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

err=ov7620_init_transfert(ov7620);//初始化URB(usb request block)包，启动摄像头，采用同步传输的方式传送数据

};

ov7620_close函数主要完成设备的关闭，ov7620_mmap和ov7620_read是应用程序读取数据的两个接口函数。ov7620_mmap通过remap_page_range函数实现内存映射，ov7620_read通过copy_to_user实现用户空间和内核空间的数据拷贝，只读取其中一帧大小的数据。

2.3 初始化传感器和控制器

在打开设备时，需要对硬件进行初始化。摄像头由两个主要的芯片组成，图像传感器芯片ov7620和桥接芯片SN9C102P。摄像头的结构框图如图1。桥接芯片提供了开放的源代码，里面提供了对传感器控制的接口函数，如sn9c102_i2c_write，sn9c102_i2c_read等。利用提供的接口函数我们就可以对ov7620的寄存器写值，完成传感器的初始化工作和图像采集控制，过程如下：

sn9c102_i2c_write (ov7620->dev,ov7620_sensor_init [i],8)//ov7630_sensor_init是传感器ov7620寄存器结构。

图1 摄像头的结构框图

3 驱动程序的移植和测试

在PC机上搭建交叉编译环境，系统配置为fedora 7，内核2.6.19，安装的交叉编译工具为arm-linux-gcc-3.4.1。编译环境建立以后，还需要配置Makefile文件，完成后只要在终端里执行make命令就可以生成驱动模块文件。然后通过超级终端下载到Te2440开发板上，用insmod命令加载驱动。在开发板上运行servfox，在PC机上通过spcaview就可以看到图像了。