一、 Linux系統(tǒng)中的USB攝像頭驅動程序
USB攝像頭以其良好的性能和低廉的價格得到廣泛應用。同時因其靈活、方便的特性，易于集成到嵌入式系統(tǒng)中。但是如果使用現(xiàn)有的符合Video for Linux標準的驅動程序配合通用應用程序，難以充分利用USB帶寬，幀速不高，不易滿足實時監(jiān)控等要求。本文首先介紹在Linux系統(tǒng)下USB攝像頭驅動編制的一般方法，然后說明在此基礎上如何提高幀速。
USB設備驅動程序完全符合通用設備驅動的準則，不同的是內核提供了一些特別的API函數(shù)，方便驅動注冊、銷毀自己，例如usb_reSister()和usb_dereSister()；2．4版的內核還提供了對于hotplug的支持。
1．1 USB攝像頭驅動的一般編寫方法
攝像頭屬于視貼片繞線電感頻類設備。在目前的Linux核心中，視頻部分的標準是Video for Linux(簡稱V4L)。這個標準其實定義了一套接口，內核、驅動、應用程序以這個接口為標準進行交流。目前的V4L涵蓋了視、音頻流捕捉及處理等內容，USB攝像頭也屬于它支持的范疇。
因此，USB攝像頭的驅動應當與內核提供的視頻驅動掛鉤。即首先在驅動中聲明一個video_device結構，并為其指定文件操作函數(shù)指針數(shù)組．fops，向系統(tǒng)注冊。在應用程序發(fā)出文件操作的相關命令時，核心根據(jù)這些指針調用相應函數(shù)，并將該結構作為參數(shù)傳遞給它們。這樣，就完成了驅動和核心之間的通信。例如：
在video_device結構中，有一個私有指針priv，可以將它指向一塊保留內存。在這塊內存中，保存著本驅動、本設備的相關初始化信息。這塊內存的申請、初始化、指針指向等工作都是在USB驅動的枚舉函數(shù).probe中完成。這樣，在枚舉函數(shù)將控制權返還給系統(tǒng)后，因為內核不銷毀保留內存，所以驅動仍然保留著自己的信息。這點與Windows系統(tǒng)中WDM驅動有異曲同工之處。當然，在驅動卸載函數(shù)中，應當將申請的各塊內存全部釋放。
1．2 使用雙URB輪流通信
眾所周知，USBl．1總線標準定義了控制、中斷、批量、等時等四種管道。對于時間性極強但是準確度要求大功率電感器工廠不高的視頻捕捉應用來說，攝像頭應當使用等時傳輸方式。為了盡可能快地得到圖像數(shù)據(jù)，應當在URB中指定USB_ISO_ASAP標志。
urb->transfer_flags＝USB_ISO_ASAP；／／盡可能快地發(fā)出本URB
Linux系統(tǒng)中任何USB傳輸都通過URB實現(xiàn)。為提高速度，可以考慮擴大URB的緩沖，這樣可以降低每個USB事務中握手信息所占比例，提高有效數(shù)據(jù)的傳輸速度。但是受限于總線帶寬和具體的USB設備芯片，單純擴大URB的緩沖不能無限制地解決問題。具體分析一下USB傳輸在操作系統(tǒng)中的實現(xiàn)：每次傳輸都要包括URB的建立、發(fā)出、回收、數(shù)據(jù)整理等階段，這些時間不產生有效數(shù)據(jù)。因此可以建立兩個URB，在等待一個URB被回收時，也就是圖像正在被傳感器采集時，處理、初始化另一個URB，并在回收后立刻將其發(fā)出。兩個URB交替使用，大大減少了額外時間。工作流程如圖1所示。
這個過程是在URB的完成例程中實現(xiàn)的，有兩點需要注意：首先處理再次初始化的代碼時間不能長，否則會造成完成例程的重人，如果確實來不及，可以在完成例程中設定標志，例如“數(shù)據(jù)采集好”旗語，由應用程序使用阻塞ioctl()來查詢該旗語并做處理；其次由于CPU可能會在完成例程中停留較長時間，系統(tǒng)負擔較大，可以在．open函數(shù)中初始化兩個URB并將其發(fā)出，有限度地減輕系統(tǒng)負擔。
1．3 使用雙幀緩沖提高效率
Linux系統(tǒng)中，文件操作通常是由read、write等系統(tǒng)調用來完成。這些系統(tǒng)調用在驅動中的解決方法就是用copy_to_user()、copy_from_user()等函數(shù)在核態(tài)、戶態(tài)內存空間中互相拷貝。但是對于大批量的圖像數(shù)據(jù)，采用拷貝的方法顯然會增加時間開銷，因此用內存映射的方法解決。首先使用vmalloc()申請足夠大的核態(tài)內存，將其作為圖像數(shù)據(jù)緩沖空間，兩個URB帶回的圖像數(shù)據(jù)在這里暫存；然后使用remap_page_range()函數(shù)將其逐頁映射到用戶空間中。戶態(tài)的圖像處理程序使用mmap()函數(shù)，直接讀寫核態(tài)圖像緩沖內存，大大減少額外開銷。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
