DAVINCI DM6446 开发攻略——V4L2视频驱动和应用分析

liliu4239

2010年即将过去，有很多感慨需要总结一下，自从2010年1月份开始着手写DM6446开发攻略以来，得到很多网友和客户对本人博客的支持，同时结识一些有诚意的客户，他们对本人和我们团队的认可，在这里表示感谢。特别是南京航空航天大学的一个非常有个性、有良知和责任的李博导，对本团队的项目设计速度的赞赏，让本人非常感动。潜水2个多月没有更新博客，多少有点对不住51CTO的关照，在另一款新产品出来前，DM6446开发攻略的2010年最后一篇文章，本人决定从做DAVINCI产品的角度，认真写好最有价值的视频处理。DAVINCI产品的视频驱动和应用，是非常重要的因素，就像LINUX的网络驱动和应用一样，没有网络，还叫LINUX吗？DAVINCI没有视频处理，还叫DAVINCI吗？

        针对DAVINCI DM6446平台，网络上也有很多网友写了V4L2的驱动，但只是解析Montavista linux-2.6.10V4L2的原理、结构和函数，深度不够。本文决定把Montavista 的Linux-2.6.18 V4L2好好分析一下，顺便讲解在产品中的应用，满足一些客户提出要求，毕竟V4L2是LINUX一个很重要的视频驱动，适合很多嵌入式芯片平台。本文首先讲解DM6446 DAVINCI视频处理技术的硬件工作原理，然后讲解DM6446 V4L2采集驱动和输出驱动，然后对TI DVSDK2.0里边提供的V4L2的例子进行详细讲解，怎样和驱动配合起来。

 

第一节 DAVINCI视频处理硬件

        有关DM6446 DAVINCI视频处理技术，有两个文档：VPFE sprue38ec.pdf和VPBE sprue37c.pdf，必须要看看的。下图是DAVINCI视频处理技术的框图，VPSS（视频处理子系统）包含VPFE和VPBE，VPFE负责前端视频采集和处理，而VPBE负责后端视频输出，通过OSD和VECN直接输出到DACS（数字转模拟输出口，一共4个通道DAC，通过外围视频编码芯片转换成复合视频CVBS输出到普通电视机）或者直接输出到LCD（DM6446支持RGB24位信号输出到数字LCD屏，4.3寸，7寸屏等）。

 

图-1 DAVINCI VPSS框图

 

从图-1可以看出，VPFE系统可以接CCD或者CMOS sensor，同时也可以接视频解码芯片，目前Montavista Linux-2.6.18驱动给出的TI EVM驱动支持MT9T001 CMOS芯片和TVP5146视频解码芯片，VPFE采用RAW模式控制MT9T001 CMOS芯片，数码相机产品基本是这种应用方式，而VPFE采用BT601或BT656的方式控制TVP5146视频解码芯片，很多做安防、机器视觉等的方案都是这种模式，因为这种方式最普通，视频前端买个普通的CCD摄像机，接条视频线和电源，就可以用通过类似TVP5146的芯片采集到图像了，本人也着重介绍这种情况。而图-1里边的Resizer（图像缩放1/4x~4x）、Preview（预览器）、H3A（硬件自动白平衡、自动对焦、自动曝光）、Histogram（直方图）是对采集到的视频进行处理，一般常用到的是Resizer，不需要占用ARM和DSP的资源，对采集到的YUV422数据进行处理，然后才提交给H264等算法进行压缩，这一点可以在dvsdk_2_00_00_22\dvsdk_demos_2_00_00_07\dm6446里边的例子体现到。

VPBE系统可以对处理后的视频（VIDEO）数据或图像(IMAGE)进行处理和输出，一般用户可以通过OSD功能叠加自己的LOGO、字符、时间、坐标、框图等信息，然后通过VENC模块输出到DAC或者LCD接口。

VPFE和VPBE所有的数据交换都是在DDR上处理，VPFE采集的视频数据，比如YUV422格式（U0Y0V0Y1）都有指定的DDR地址，而VPBE也有另外指定的DDR地址。

 

第二节   V4L2采集驱动

 

对应上面的硬件处理过程，软件工程师最关心的是如何配置VPFE和VPBE的寄存器，如何实现DDR的视频数据视频缓冲处理，在LINUX内核里如何实现DMA处理。Montavista 的Linux-2.6.18 V4L2驱动源码已经帮客户实现VPFE和VPBE的处理，他们的源码目录是linux-2.6.18_pro500\drivers\media\video\和linux-2.6.18_pro500\drivers\media\video\davinci目录。对于LINUX驱动工程师，首先先按以下三个图配置Montavista linux-2.6.18_pro500的内核，让linux-2.6.18_pro500支持V4L2。

 

图-2 配置Multimedia devices

    按图-2选择Video For Linux，然后进入“Video Capture Adapters”，按图-3配置DAVINCI视频采集选项，

 

图-3 配置采集选项

 

    同在一个配置界面，选择和进入“Encoders and Decoders”，配置VPBE实现视频输出处理。

 

图-4 配置VPBE DISPLAY选项

 

然后再去到驱动driver文件夹找到相关文件。

VPFE采集涉及到下面几个文件：

        ccdc_davinci.c（主要工作把重点放在ccdc_config_ycbcr（）函数上，主要是配置是否采用BT656或BT601，采集视频的数据格式等）

       tvp5146.c（这个就是你板子外围视频采集芯片驱动，一般是I2C访问，有些朋友的项目可以是TVP5150，我们开发板的是TVP5158，还可以是Techwell的芯片和nextchip的芯片参考TVP5146的驱动，把自己的项目芯片驱动移植过来就OK了）

       davinci_vpfe.c（这就是和应用程序打交道的内核程序，和v4l2配合使用，供应用层调用）

VPBE输出涉及到：

      davinci_display.c

      davinci_enc_mngr.c

      davinci_osd.c

      davinci_platform.c

      vpbe_encoder.c

V4L2驱动：

在linux-2.6.18_pro500\drivers\media\video目录里，

     v4l2-common.c

     video-buf.c

     videodev.c

这些函数比较复杂，V4L2必须和davinci_vpfe.c、vpbe_encoder.c配合，借助davinci_vpfe.c提供的接口函数，LINUX应用程序才能控制TVP5156和CCDC采集；V4L2负责对采集到的视频数据进行管理，包括DMA和缓冲处理，Montavista已经帮客户搞定这些，我们需要的做的就是学习人家是如何实现这些处理的。本公司的开发板采用的是TVP5158芯片，见，http://zjbintsystem.blog.51cto.com/964211/392221。移植修改基本上是上面的几个VPFE采集源文件。至于我们板子上的美光MT9M112、MT9D112等类似CMOS芯片的控制，基本也是修改上面的几个VPFE采集源文件。