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智能手持终端Camera模组驱动设计方案探究
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2017-10-19
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为了实现多媒体数据采集和处理的需求，提出了一种基于Android平台和V4L2视频采集接口的camera驱动设计方案，并完成了软件设计。实际应用表明，该驱动架构设计实现了数据和控制通信的通用性、标准化，同时方便设备管理，达到了设计要求。
随着芯片集成和嵌入式技术的发展，智能手持设备越来越广泛的应用在各个领域。搭载着操作系统的智能手机更是集合了高端处理器芯片、嵌入式操作系统和现代网络传输技术等前沿科技。主流高端嵌入式芯片无论是ARM架构还是intel新推出的medfield，都在朝着SoC单片高集成、多核、低功耗发展。嵌入式操作系统也足渐形成symbian、Android、windows phone、iOS分足鼎立。Camera作为智能手机的重要应用，作为多媒体数据的获取和处理的枢纽，功能日趋复杂化。文中通过分析Android平台下Camera模组的驱动架构，深入介绍了Android camera模块的驱动设计。
1 Android Camera架构分析
Android camera架构主要基于Android系统本身的层次结构，主要由应用程序层（CameraApp）、应用程序框架层（CameraService）、硬件抽象层（CameraHal）、内核驱动层（CameraDriver）组成。Android发布版的Camera程序架构分成客户端和服务端两个部分，建立在Android的进程间通讯Binder的结构上。运行时环境是Camera应用层通过JNI的本地调用部分。它通过google提供的java虚拟机dalvik使应用层的java代码可以与C++语言编写的代码进行交互。Camem底层库是Camera功能中实现Binder机制的接口类，对上层camera．apk提供接口，具体功能由其子类实现，在Camera模块中是libCameraservice．so。而真正CameraClient的功能实现是硬件抽象层库Libcaemra．so通过调用底层驱动来实现的。Camera具体层次架构如图1所示。
2 V4L2视频采集驱动接口
Camera的硬件抽象层遵循V4L2接口系列规范，通过V4L2接口完成Camera的各项功能。V4L2是Linux中关于视频设备的内核驱动，是Alan CoX为了给Linux下视频采集设备驱动程序的编写提供同一的接口而提出的一套规范（API）。用于管理所有视频采集设备的驱动，统一的驱动接口使得软件能够较容易的访问这些设备，给驱动程序的编写者提供了极大的方便。在手持终端的视频采集模块中得到了广泛的应用。
V4L2驱动框架的主要作用是对视频数据的时序和数据缓冲区的内存管理，并不直接和硬件打交道，控制硬件和获得视频数据需要借助I2C、PCI等驱动来完成。它是一个双层驱动系统，上层为video device模块，是注册了设备功能函数的字符设备。下层为V4L2驱动，利用video_register_ device（）注册V4L2驱动和设备节点/dev/video，在open函数打开/dev/video后，对应的对设备文件的操作则实际替换成由v4l2_ioctl_ ops结构定义的各种V4L2的接口来完成。V4L2视频采集流程如图2所示。
随着芯片集成和嵌入式技术的发展，智能手持设备越来越广泛的应用在各个领域。搭载着操作系统的智能手机更是集合了高端处理器芯片、嵌入式操作系统和现代网络传输技术等前沿科技。主流高端嵌入式芯片无论是ARM架构还是intel新推出的medfield，都在朝着SoC单片高集成、多核、低功耗发展。嵌入式操作系统也足渐形成symbian、Android、windows phone、iOS分足鼎立。Camera作为智能手机的重要应用，作为多媒体数据的获取和处理的枢纽，功能日趋复杂化。文中通过分析Android平台下Camera模组的驱动架构，深入介绍了Android camera模块的驱动设计。
1 Android Camera架构分析
Android camera架构主要基于Android系统本身的层次结构，主要由应用程序层（CameraApp）、应用程序框架层（CameraService）、硬件抽象层（CameraHal）、内核驱动层（CameraDriver）组成。Android发布版的Camera程序架构分成客户端和服务端两个部分，建立在Android的进程间通讯Binder的结构上。运行时环境是Camera应用层通过JNI的本地调用部分。它通过google提供的java虚拟机dalvik使应用层的java代码可以与C++语言编写的代码进行交互。Camem底层库是Camera功能中实现Binder机制的接口类，对上层camera．apk提供接口，具体功能由其子类实现，在Camera模块中是libCameraservice．so。而真正CameraClient的功能实现是硬件抽象层库Libcaemra．so通过调用底层驱动来实现的。Camera具体层次架构如图1所示。
2 V4L2视频采集驱动接口
Camera的硬件抽象层遵循V4L2接口系列规范，通过V4L2接口完成Camera的各项功能。V4L2是Linux中关于视频设备的内核驱动，是Alan CoX为了给Linux下视频采集设备驱动程序的编写提供同一的接口而提出的一套规范（API）。用于管理所有视频采集设备的驱动，统一的驱动接口使得软件能够较容易的访问这些设备，给驱动程序的编写者提供了极大的方便。在手持终端的视频采集模块中得到了广泛的应用。
V4L2驱动框架的主要作用是对视频数据的时序和数据缓冲区的内存管理，并不直接和硬件打交道，控制硬件和获得视频数据需要借助I2C、PCI等驱动来完成。它是一个双层驱动系统，上层为video device模块，是注册了设备功能函数的字符设备。下层为V4L2驱动，利用video_register_ device（）注册V4L2驱动和设备节点/dev/video，在open函数打开/dev/video后，对应的对设备文件的操作则实际替换成由v4l2_ioctl_ ops结构定义的各种V4L2的接口来完成。V4L2视频采集流程如图2所示。
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