全志D1-H开发板USB摄像头拍照Demo

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# USB摄像头拍照Demo 本章节将讲解如何D1-H上使用一个USB摄像头拍摄一张照片。 D1-H哪吒开发板上有一个USB Host接口（即电脑上那种插鼠标键盘的USB口），同时D1-H Tina Linux支持UVC（USB Video Class，USB视频类），这样D1-H就具备了开发和使用USB摄像头的软硬件条件。 ## 前期准备 ### 硬件准备 - USB免驱摄像头一个，标准USB摄像头均可，淘宝直接搜“USB摄像头”搜出来排名靠前的随便买一个就行，本文中调试用到的是一个海康威视的摄像头，零售价格大概数十元。 - 哪吒开发板一块 ### 软件准备 - 在运行本例之前，请确保你的Hello Word 的过程没有出现问题。即交叉编译工具和ADB工具都可正常使用或已经添加进环境变量。 - 下文将详细介绍demo的源码写的内容。 ## 硬件连接 主要连接串口调试，USB连接电脑可以用来传输数据和供电，USB摄像头连接到开发板的USB接口。  连接好的系统就是下图的样子：  如果此时你的开发板是开机的话，终端会打印USB摄像头连接的Log。如下图：  从图中可以看到，摄像头为 **HIK 720P** 的摄像头，同时摄像头挂在 **USB1总线**、为 **input3** 设备。 此时我们查看`/dev `外设目录，可以发现有`/dev/video0 `和 `/dev/video1`设备，video1 为 video0的映射。  到此，我们的哪吒开发板已经成功连接上了USB摄像头，下一步是写程序来使用它。 ## 程序获取 在编写程序之前，我们需要了解一下Linux中摄像头的接口标准。在LInux系统中，摄像头之所以能被识别离不开我们的系统对摄像头的驱动支持。 **Video4Linux2**(Video for Linux Two, 简称**V4L2**)是Linux中关于视频设备的驱动框架，为上层访问底层的视频设备提供统一接口。V4L2主要支持三类设备：视频输入输出设备、VBI设备和Radio设备，分别会在/dev目录下产生videoX、vbiX和radioX设备节点，其中X是0,1,2等的数字。如USB摄像头是我们常见的视频输入设备。 *Linux 中强大的第三方库如：FFmpeg和OpenCV对V4L2均支持。* **本例就使用V4L2库完成摄像头对图片的捕捉，并将其保存为一张图片。** 依照Tina SKD开发架构，我们的代码创建在prckage目录下，我们新建文件夹`camerademo`在文件夹中新建`test.c`，或将提供资源中的代码包中的`test.c`拷贝至此处。 ```bash cd d1-tina-open/package/test mkdir camerademo cd camerdemo touch test.c ``` ## 程序编译 程序编译采用最简单的命令行编译程序： ````bash riscv64-unknown-linux-gnu-gcc test.c -o test ```` 编译后，我们当前目录就会生成可执行文件`test` ## 文件烧录及传输 我们在windows中使用ADB工具将其送入开发板中： ````cmd adb push test ./. ````  ## 程序运行 文件传输成功后，我们从开发板中运行。 运行之前首先要赋予文件可执行权限，然后再运行。 ```bash chmod +x test ./test ``` 运行截图：  此时程序会打印保存成功的Log。我们使用`Ctrl+C`终止程序运行后，可在当前文件夹看到有`1.jpeg`图片生成，我们将他拿出来查看。 依然使用ADB ``` adb pull /root/1.jpeg . ``` 运行截图：  打开1.jpeg可以看到刚才拍摄到的图片：  **如果可以成果看到拍摄的图片，那么恭喜你，你已经给D1-H哪吒添上了一双眼睛，以后你就可以用这双眼睛，去探索这个有趣的世界了！** ## 进阶：程序代码注释及讲解 开头说过我们Linux使用的是V4L2框架获取的摄像头数据。该框架的使用流程如下: 1. 打开设备 2. 初始化设备 3. 注册内存映射I/O 4. 开始捕捉 5. 停止捕捉 6. 关闭设备 根据如上大纲，我们分布讲解。 ### 1. 打开设备 打开设备使用C标准接口`open`函数，返回文件（设备）描述符。打开文件的方式可以选择**可读可写方式(O_RDWR)**和**无阻塞方式(O_NONBLOCK)**打开 ```C #define CAM_DEV "/dev/video0" int cam_fd; if((cam_fd = open(CAM_DEV,O_RDWR)) == -1) { perror("ERROR opening V4L interface."); return -1; } ``` ### 2. 初始化设备 初始化设备调用`init_device`函数。 (1) 调用ioctl函数，对设备的I/O通道进行管理，查询设备能力，并将结果保存在结构体v4l2_capability中，结构体v4l2_capability内容如下： ```C struct v4l2_capability { __u8 driver[16]; // name of the driver module (e.g. "bttv") __u8 card[32]; // name of the card (e.g. "Hauppauge WinTV") __u8 bus_info[32]; // name of the bus (e.g. "PCI:" + pci_name(pci_dev) ) __u32 version; // KERNEL_VERSION __u32 capabilities; // capabilities of the physical device as a whole __u32 device_caps; // capabilities accessed via this particular device (node) __u32 reserved[3]; // reserved fields for future extensions }; ``` ```C if(ioctl(cam_fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cam_cap) == -1) { perror("Error opening device %s: unable to query device."); return -1; } ``` (2) 判断是否视频捕获设备`V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE` ```C if((cam_cap.capabilities & V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE) == 0) { perror("ERROR video capture not supported."); return -1; } ``` (3) 调用ioctl函数，设置流数据格式，包括宽、高、像素格式，并将结果保存在结构体v4l2_format中，结构体v4l2_format ```C struct v4l2_pix_format { __u32 width; __u32 height; __u32 pixelformat; __u32 field; /* enum v4l2_field */ __u32 bytesperline; /* for padding, zero if unused */ __u32 sizeimage; __u32 colorspace; /* enum v4l2_colorspace */ __u32 priv; /* private data, depends on pixelformat */ }; struct v4l2_format { // stream data format __u32 type; // enum v4l2_buf_type; type of the data stream union { struct v4l2_pix_format pix; // V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE, definition of an image format struct v4l2_pix_format_mplane pix_mp;// V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE_MPLANE, definition of a multiplanar image format struct v4l2_window win; // V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OVERLAY, definition of an overlaid image struct v4l2_vbi_format vbi; // V4L2_BUF_TYPE_VBI_CAPTURE, raw VBI capture or output parameters struct v4l2_sliced_vbi_format sliced;// V4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_CAPTURE, sliced VBI capture or output parameters __u8 raw_data[200]; // user-defined, placeholder for future extensions and custom formats } fmt; }; ``` 主要设置长宽及出输出格式。 ```C struct v4l2_format v4l2_fmt; v4l2_fmt.type = V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE; v4l2_fmt.fmt.pix.width = WIDTH; v4l2_fmt.fmt.pix.height = HEIGHT; v4l2_fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_MJPEG; if (ioctl (cam_fd, VIDIOC_S_FMT, &v4l2_fmt) == -1) { perror("ERROR camera VIDIOC_S_FMT Failed."); return -1; } ``` ### 3. 注册内存映射I/O 因为io采用的是MMAP即内存映射方式，因此调用init_mmap函数： (1) 调用ioctl函数，设置内存映射I/O，并将结果保存在结构体v4l2_requestbuffers中，结构体v4l2_requestbuffers内容如下： ```C enum v4l2_memory { V4L2_MEMORY_MMAP = 1, V4L2_MEMORY_USERPTR = 2, V4L2_MEMORY_OVERLAY = 3, V4L2_MEMORY_DMABUF = 4, }; struct v4l2_requestbuffers { __u32 count; __u32 type; /* enum v4l2_buf_type */ __u32 memory; /* enum v4l2_memory */ __u32 reserved[2]; }; ``` ```C struct v4l2_requestbuffers v4l2_req; v4l2_req.count = NB_BUFFER; v4l2_req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; v4l2_req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; if (ioctl (cam_fd, VIDIOC_REQBUFS, &v4l2_req) == -1) { perror("ERROR camera VIDIOC_REQBUFS Failed."); return -1; } ``` (2) 调用ioctl函数，查询缓冲区状态，并将结果保存在结构体v4l2_buffer中. (3) 调用mmap函数，应用程序通过内存映射将帧缓冲区地址映射到用户空间；通常在需要对文件进行频繁读写时使用，这样用内存读写取代I/O读写，以获得较高的性能。 ```C struct v4l2_buffer v4l2_buf; v4l2_buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; v4l2_buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; for(i = 0; i < NB_BUFFER; i++) { v4l2_buf.index = i; if(ioctl(cam_fd, VIDIOC_QUERYBUF, &v4l2_buf) < 0) { perror("Unable to query buffer."); return -1; } pic.tmpbuffer[i] = (unsigned char*)mmap(NULL, v4l2_buf.length, PROT_READ, MAP_SHARED, cam_fd, v4l2_buf.m.offset); if(pic.tmpbuffer[i] == MAP_FAILED) { perror("Unable to map buffer."); return -1; } if(ioctl(cam_fd, VIDIOC_QBUF, &v4l2_buf) < 0) { perror("Unable to queue buffer."); return -1; } } ``` ### 4. 开始捕捉 调用ioctl函数，VIDIOC_QBUF，并将结果保存在结构体v4l2_buffer中； ```C struct v4l2_buffer buff; buff.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; buff.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; if(ioctl(cam_fd, VIDIOC_DQBUF, &buff) < 0) { printf("camera VIDIOC_DQBUF Failed.\n"); usleep(1000*1000); return -1; } ``` ### 5. 停止捕捉 调用munmap函数，取消映射设备内存； ```C for(i=0; i<NB_BUFFER; i++) munmap(pic[0].tmpbuffer[i],pic[0].tmpbytesused[i]); ``` ### 6. 关闭设备 调用close函数关闭设备。 ```C close(cam_fd); ```

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感谢分享，咱能否拍个视频来介绍一下，期待哦！