基于DWC2的USB驱动开发-UVC的处理单元详解

嵌入式USB开发 2023-07-13 2006

描述

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 基于DWC2的USB驱动开发-UVC的处理单元详解 (qq.com)

一.前言

本篇来详细分析下UVC的处理单元相关的内容，同样的我们理论结合实践来进行。

二.处理单元简介

处理单元（PU）控制通过它传输的视频的图像属性。有一个单一的输入和输出引脚，注意是单一的，也就是一个处理单元只能处理一个输入只有一个输出。

支持以下功能：

用户控制:

Brightness亮度·
Hue色调·
Saturation饱和度·
Sharpness清晰度·
Gamma伽马·
Digital Multiplier (Zoom) 数字乘法器（缩放）

自动控制

White Balance Temperature 白平衡温度控制
White Balance Component 白平衡成分控制
Backlight Compensation 背光补偿
Contrast 对比度

其他

Gain 增益
Power Line Frequency 电力线频率
Analog Video Standard 模拟视频标准
Analog Video Lock Status 模拟视频锁定状态

对上述功能的支持都是可选的，但是，如果设备支持白平衡功能，则应实现白平衡温度控制或白平衡成分控制，但不能同时实现。

用户控制表示由用户偏好设置的属性，不受设备的自动控制的影响。

自动控制支持是否使能的设置（具有打开/关闭状态）。如果使能则设备自动调整，对相关属性的读请求则反映自动设置的值。

如果打开自动模式，尝试以手动方式设置将导致STALL，错误代码为bRequestErrorCode=“错误状态”。当退出自动模式时，相关控制属性应保持在转换前有效的值。

后面可以看到基本所有的属性都对应有一个自动控制，使能自动控制就不能再手动配置了。

处理单元的符号如下图所示。

注意这里的但输入单输出
usb

三.拓扑结构

以下从描述符来看处理单元的拓扑结构，如下图是一个实际的UVC产品的描述符，只截取了和UVC相关的IAD下的描述符。
usb

可以看到处理单元的ID是bUnitID=2，其源头是bSourceID=1即前面的bTerminaIID=1的视频控制输入终端；而其后面是bUnitID=3的视频控制扩展单元，该单元的baSourceID[1]=2表示其源头是本处理单元。

其拓扑如下

usb

四.处理单元描述符

处理单元的描述符应该位于UVC的控制接口描述符VideoControl Interface Descriptors的Class-specific VC Interface Header Descriptor的后面

如下所示红色线所指示

usb

本实例处理单元描述符对应的具体内容如下

usb

处理单元的描述详细内容见规格书P69

3.7.2.5 Processing Unit Descriptor

偏移	区域	大小	值	说明
0	bLength	1	数字值,13	本描述符的字节数
1	bDescriptorType	1	常数CS_INTERFACE=0x24	描述符类型
2	bDescriptorSubtype	1	常数VC_PROCESSING_UNIT =0x05	描述符子类
3	bUnitID	1	数字	单元ID
4	bSourceID	1	常数	该单元前面所连接的单元或终端的ID。
5	wMaxMultiplier	2	数字	数字放大
7	bControlSize	1	数字，3	后面 bmControls域的字节数
8	bmControls	3	Bitmap	支持的处理类型
11	iProcessing	1	Index	描述本处理单元的字符串描述索引,填0则没有字符串描述符。
12	bmVideoStandards	1	Bitmap	支持的标准

l其中bDescriptorType的定义参考规格书的P171 A.5. Video Class-Specific VC Interface Descriptor Subtypes
usb

l其中bDescriptorSubtype的定义参考规格书的P172 A.4. Video Class-Specific Descriptor Types
usb

l其中bUnitID

处理单元由处理单元描述符（PUD）的bUnitID字段的值唯一标识。 非零常数 ，用于唯一标识本功能接口中的单元。类相关请求时Index的高位即该值。

这里为什么要是非零常数呢？为什么从0开始编号呢，因为在请求中wIndex的高8位为0用于区分是接口请求，其他非0值为对应了终端和单元ID，所以不能从0开始编号了。

在本功能对应的接口内单该值和其他单元和终端的ID不能重复。

lbSourceID

该单元前面所连接的单元或终端的ID。

处理单元肯定是要处理一个东西的，即需要输入的，处理什么呢，肯定是处理摄像头的输入，所以前面一般就是Input Terminal，该值就是前面的Input Terminal的ID。

如下所示，这里bSourceID=1即前面连接的是bTerminalID=1的输入终端

usb

l其中wMaxMultiplier

如果支持数字放大Digital Multiplier控制，则该值除以100表示放大倍数，比如设置值450则表示1-4.5X，即4.5倍数字放大，如果不支持则设置为0.

l其中bmControls，表示支持的处理类型

某一位置位则对应的处理支持,小端模式

D0: Brightness

D1: Contrast

D2: Hue

D3: Saturation

D4: Sharpness

D5: Gamma

D6: White Balance Temperature

D7: White Balance Component

D8: Backlight Compensation

D9: Gain

D10: Power Line Frequency

D11: Hue, Auto

D12: White Balance Temperature, Auto

D13: White Balance Component, Auto

D14: Digital Multiplier

D15: Digital Multiplier Limit

D16: Analog Video Standard

D17: Analog Video Lock Status

D18: Contrast, Auto

D19 – D23: Reserved. Set to zero

l其中bmVideoStandards表示支持的标准

0表示忽略该字段.

某位置1则表示支持该标准

D0: None

D1: NTSC – 525/60

D2: PAL – 625/50

D3: SECAM – 625/50

D4: NTSC – 625/50

D5: PAL – 525/60

D6-D7: Reserved. Set to zero.

以下是对应一个实例，注意其bmControls域只有两个字节，且没有bmVideoStandards，所以只有11个字节。

-------- Video Control Processing Unit Descriptor -----

bLength : 0x0B (11 bytes)

bDescriptorType : 0x24 (Video Control Interface)

bDescriptorSubtype : 0x05 (Processing Unit)

bUnitID : 0x02 (2)

bSourceID : 0x01 (1)

wMaxMultiplier : 0x0000

bControlSize : 0x02 (2 bytes)

bmControls : 0x7B, 0x07

D0 : 1 yes - Brightness

D1 : 1 yes - Contrast

D2 : 0 no - Hue

D3 : 1 yes - Saturation

D4 : 1 yes - Sharpness

D5 : 1 yes - Gamma

D6 : 1 yes - White Balance Temperature

D7 : 0 no - White Balance Component

D8 : 1 yes - Backlight Compensation

D9 : 1 yes - Gain

D10 : 1 yes - Power Line Frequency

D11 : 0 no - Hue, Auto

D12 : 0 no - White Balance Temperature, Auto

D13 : 0 no - White Balance Component, Auto

D14 : 0 no - Digital Multiplier

D15 : 0 no - Digital Multiplier Limit

iProcessing : 0x00 (No String Descriptor)

Data (HexDump) : 0B 24 05 02 01 00 00 02 7B 07 00 .$......{..

五. 处理单元相关的请求

参考规格书P109 4.2.2.3 Processing Unit Control Requests

处理单元控制请求用于读或者设置处理单元的属性，所以包括SET_xx 和GET_xx。

一共支持如下19种属性的请求

usb

对应的CS编码见P175 A.9.5. Processing Unit Control Selectors

usb

以下做了一个总结，所以值都是无符号值。

类型	CS	大小B	支持的操作[]表示可选	最少支持操作	说明
背光补偿控制	PU_BACKLIGHT_COMPENSATION_CONTROL	2	SET_CURGET_CURGET_MINGET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF	GET_DEF	设置0说明不支持背光补偿，可以支持范围值或者仅仅是开关。小端模式，无符号16位值。
亮度控制	PU_BRIGHTNESS_CONTROL	2	SET_CUR,GET_CUR GET_MIN GET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF	GET_DEF	该值是相对值配置的是增量,RES值必须是1小端模式，有符号16位值。
对比度控制	PU_CONTRAST_CONTROL	2	SET_CUR GET_CUR GET_MIN GET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF	GET_DEF	该值是相对值配置的是增量,RES值必须是1小端模式，有符号16位值。
对比度自动控制	PU_CONTRAST_AUTO_CONTROL	1	SET_CURGET_CUR GET_INFOGET_DEF	GET_DEF	值为1表示使能自动控制,此时尝试设置相关对比度控制将导致STALL和bRequestErrorCode=“错误状态”的错误代码。
增益控制	PU_GAIN_CONTROL	2	SET_CURGET_CURGET_MIN GET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF	GET_DEF	该值是相对值配置的是增量,RES值必须是1小端模式，有符号16位值。
电力线频率控制	PU_POWER_LINE_FREQUENCY_CONTROL	1	SET_CURGET_CURGET_INFOGET_DEF	GET_DEF	值对应如下0: Disabled1: 50 Hz2: 60 Hz3: Auto
色度控制	PU_HUE_CONTROL	2	GET_CUR GET_MIN GET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF[SET_CUR]	GET_DEF	默认值必须是0,设置值是实际值乘以100，实际值范围是(-180 到+180degrees). 则设置值发呢欸是-18000 ~18000 有符号16位，小端
色度自动控制	PU_HUE_AUTO_CONTROL	1	SET_CUR,GET_CUR,GET_INFO GET_DEF	GET_DEF	值为1表示使能自动控制,此时尝试设置相关色度控制将导致STALL和bRequestErrorCode=“错误状态”的错误代码
饱和度控制	PU_SATURATION_CONTROL	2	SET_CURGET_CURGET_MINGET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF	GET_DEF	0表示灰度值为相对值，RES必须为1
清晰度设置	PU_SHARPNESS_CONTROL	2	SET_CURGET_CURGET_MINGET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF	GET_DEF	相对值，MIN意味着“无清晰度处理”RES必须为1
伽马设置	PU_GAMMA_CONTROL	2	SET_CURGET_CURGET_MINGET_MAXGET_RES,GET_INFOGET_DEF	GET_DEF	设置值是实际值乘以100，设置值范围1~~500 ，实际值范围1.0~~5.0默认一般是100 (gamma = 1)或220 (gamma = 2.2).
白平衡温度控制	PU_WHITE_BALANCE_TEMPERATURE_CONTROL	2	GET_CURGET_MINGET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF	GET_DEF	这用于将白平衡设置指定为以开尔文度为单位的色温。这是作为白平衡组件控制的替代方案提供的。网络摄像头和双模摄像头的最小范围应为2800（白炽）至6500（日光）。
白平衡温度自动控制	PU_WHITE_BALANCE_TEMPERATURE_AUTO_CONTROL	1	SET_CURGET_CURGET_INFOGET_DEF	GET_DEF	值为1表示使能自动控制,此时尝试设置相关白平衡温度控制将导致STALL和bRequestErrorCode=“错误状态”的错误代码
白平衡成分控制	PU_WHITE_BALANCE_COMPONENT_CONTROL	4	GET_CURGET_MIN GET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF[SET_CUR]	GET_DEF	前面2字节是蓝色成分设置后面2字节是红色成分设置
白平衡成分自动控制	PU_WHITE_BALANCE_COMPONENT_AUTO_CONTROL	1	SET_CURGET_CURGET_INFOGET_DEF	GET_DEF	值为1表示使能自动控制,此时尝试设置相关白平衡成分控制将导致STALL和bRequestErrorCode=“错误状态”的错误代码
数字乘法器控制	PU_DIGITAL_MULTIPLIER_CONTROL	2	SET_CURGET_CURGET_MINGET_MAX GET_RESGET_INFOGET_DEF		已弃用，下一版将删除值为 Z’cur这用于指定应用于光学图像的数字缩放量。这是乘法器m的可能值范围内的位置，允许通过设备实现来描述乘法器分辨率。RES 必须为1如果支持数字乘法器限制控制，则最小值和最大值应与数字乘法器控制的最小值和最高值相匹配。数字乘法器限制控制允许设备或主机为Z¢cur 值建立临时上限，从而动态减小数字乘法器控制的范围。如果使用数字乘法器限制将限制降低到当前Z¢cur ，Z¢cur 值将进行调整以匹配新的限制，数字乘法器控制应发送控制更改事件以通知主机调整。
数字乘法器限制控制	PU_DIGITAL_MULTIPLIER_LIMIT_CONTROL	2	SET_CURGET_CURGET_MINGET_MAX GET_RESGET_INFOGET_DEF		RES 为1上述Z’cur的上限
模拟视频标准控制	PU_ANALOG_VIDEO_STANDARD_CONTROL	1	GET_CURGET_INFO		0: None1: NTSC – 525/602: PAL – 625/503: SECAM – 625/504: NTSC – 625/505: PAL – 525/606-255: Reserved. Do not use.
模拟视频锁定状态控制	PU_ANALOG_LOCK_STATUS_CONTROL	1	GET_CURGET_INFO		这用于报告视频解码器是否已经实现模拟输入信号的水平锁定。如果解码器被锁定，则假定正在生成有效的视频流。此控制仅支持模拟视频解码器功能。

六. 处理单元请求驱动代码

处理单元类相关请求的解析，需要注意两个关键参数，一个是处理单元所在的接口号，上面实例接口是0，处理单元本身的ID，上面实例是2。

1.通过接口号和单元ID即可定位到是哪一个ID，接口号和单元号都是从wIndex字段解析，低位是接口号高位是单元ID号

2.然后再通过wValue确定对应的是什么操作，比如是亮度控制还是增益控制等。

即A.9.5. Processing Unit Control Selectors的CS

3.然后再通过bRequest确定是做什么类型的操作比如是获取当前值GET_CUR还是设置当前值SET_CUR

见规格书P173A.8. Video Class-Specific Request Codes

usb

参考规格书4.2.2 Unit and Terminal Control Requests，终端和单元的请求的layout

请求分为SET和GET两大类

bmRequestType	bRequest	wValue	wIndex	wLength
00100001	SET_CUR	CS(高字节)	单元或终端ID(高位)+接口(低位)	数据长度
10100001	GET_CURGET_MINGET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF
00100001	SET_CUR_ALL	0	单元或终端ID
10100001	GET_CUR_ALLGET_MIN_ALLGET_MAX_ALLGET_RES_ALLGET_DEF_ALL