Xilinx Linux 如何理解V4L2的管道驅(qū)動(dòng)程序

概述

Xilinx提供了完整的V4L2的驅(qū)動(dòng)程序，Xilinx V4L2 driver。處于最頂層的驅(qū)動(dòng)程序是V4L2框架的視頻管道（Video pipeline）驅(qū)動(dòng)程序，也叫橋驅(qū)動(dòng)程序（bridge driver），主要代碼在文件xilinx-vipp.c中。在V4L2框架中，整個(gè)視頻管道（Video pipeline）可以通過媒體設(shè)備(/dev/media)配置，流媒體可以通過視頻設(shè)備(/dev/video)控制。這兩種設(shè)備，都是在視頻管道（Video pipeline）驅(qū)動(dòng)程序里創(chuàng)建的。所以，理解V4L2的管道（pipeline）驅(qū)動(dòng)程序是理解Xilinx所有Video IP 在Linux下工作情況的基礎(chǔ)。

3. 文件

3.1. C文件

Xilinx的V4L2的管道（pipeline）驅(qū)動(dòng)程序在下面四個(gè)文件中。
1. drivers/media/platform/xilinx/xilinx-vipp.c
2. drivers/media/platform/xilinx/xilinx-vipp.h
3. drivers/media/platform/xilinx/xilinx-dma.c
4. drivers/media/platform/xilinx/xilinx-dma.h

3.2.設(shè)備樹（devicetree）

設(shè)備樹（devicetree）里含有整個(gè)視頻管道（video pipeline）的配置，對(duì)應(yīng)的文檔在Documentation/devicetree/bindings/media/xilinx/xlnx,video.txt。

下面是一個(gè)設(shè)備樹（devicetree）的例子。

axi_video_cap {
compatible = "xlnx,axi-video";
dmas = , ;
dma-names = "port0", "port1";

ports {
#address-cells = ;
#size-cells = ;

port@0 {
reg = ;
direction = "input";
vcap0_in0: endpoint {
remote-endpoint = ;
};
};
port@1 {
reg = ;
direction = "input";
vcap0_in1: endpoint {
remote-endpoint = ;
};
};
};
};

3.3. 函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖

xvipp 函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖

4.主要函數(shù)

4.1. 函數(shù)xvip_composite_probe()

函數(shù)xvip_composite_probe是整個(gè)驅(qū)動(dòng)的入口，主要工作是初始化驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)xvip_composite_device里的通用數(shù)據(jù)，包括lock、list（entities和dmas），再調(diào)用了xvip_composite_v4l2_init()和xvip_graph_init()，最后調(diào)用platform_set_drvdata設(shè)置平臺(tái)設(shè)備platform_device里的當(dāng)前設(shè)備的數(shù)據(jù)指針。

4.2. 函數(shù)xvip_composite_v4l2_init()

函數(shù)xvip_composite_v4l2_init做的事情比較簡(jiǎn)單，只是初始化了struct media_device，設(shè)置了設(shè)備版本和model名稱、dev/mdev指針，就調(diào)用了v4l2_device_register()注冊(cè)V4L2設(shè)備。

xvip_composite_v4l2_init的關(guān)鍵代碼如下：
xdev->media_dev.dev = xdev->dev;
strlcpy(xdev->media_dev.model, "Xilinx Video Composite Device",
sizeof(xdev->media_dev.model));
xdev->media_dev.hw_revision = 0;
media_device_init(&xdev->media_dev);
xdev->v4l2_dev.mdev = &xdev->media_dev;
ret = v4l2_device_register(xdev->dev, &xdev->v4l2_dev);

4.3. 函數(shù)xvip_graph_init

函數(shù)xvip_graph_init是最重要的函數(shù)，函數(shù)調(diào)用層次也最深。它首先調(diào)用xvip_graph_dma_init根據(jù)設(shè)備樹（devicetree）里的port信息初始化DMA通道，創(chuàng)建一個(gè)DMA的列表；再調(diào)用xvip_graph_parse在設(shè)備樹（devicetree）里分析子設(shè)備節(jié)點(diǎn),根據(jù)設(shè)備樹里"remote-endpoint"屬性創(chuàng)建一個(gè)Entity的列表;最后調(diào)用v4l2_async_notifier_register注冊(cè)異步處理函數(shù)。系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)各個(gè)子設(shè)備（subdev）后，調(diào)用異步處理函數(shù)xvip_graph_notify_bound獲取子設(shè)備信息。所有子設(shè)備（subdev）都被發(fā)現(xiàn)后，調(diào)用xvip_graph_notify_complete，為每個(gè)entity創(chuàng)建Link和V4L2子設(shè)備，并注冊(cè)media設(shè)備。

xvip_graph_init的關(guān)鍵代碼如下：
/* Init the DMA channels. */
ret = xvip_graph_dma_init(xdev);

/* Parse the graph to extract a list of subdevice DT nodes. */
ret = xvip_graph_parse(xdev);

/* Register the subdevices notifier. */
num_subdevs = xdev->num_subdevs;
subdevs = devm_kcalloc(xdev->dev, num_subdevs, sizeof(*subdevs), GFP_KERNEL);

xdev->notifier.subdevs = subdevs;
xdev->notifier.num_subdevs = num_subdevs;
xdev->notifier.ops = &xvip_graph_notify_ops;
ret = v4l2_async_notifier_register(&xdev->v4l2_dev, &xdev->notifier);

4.4. 函數(shù)xvip_graph_dma_init

xvip_graph_dma_init()自身比較簡(jiǎn)單，先找到第一個(gè)"ports"子節(jié)點(diǎn)，再找其中的所有"port"節(jié)點(diǎn)，并為每個(gè)"port"子節(jié)點(diǎn)執(zhí)行xvip_graph_dma_init_one()，從而將每個(gè)"port"子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的DMA添加到鏈表dmas中。

xvip_graph_dma_init的關(guān)鍵代碼如下：
ports = of_get_child_by_name(xdev->dev->of_node, "ports");

for_each_child_of_node(ports, port) {
ret = xvip_graph_dma_init_one(xdev, port);
}

4.5. 函數(shù)xvip_graph_dma_init_one

xvip_graph_dma_init_one()根據(jù)設(shè)備樹（devicetree）的"port"子節(jié)點(diǎn)的配置，找到DMA，并添加到鏈表"xdev->dmas"中。
xvip_graph_dma_init_one先讀取"port"子節(jié)點(diǎn)的屬性"direction"和"reg"屬性。Devicetre的"port"節(jié)點(diǎn)中，要含有屬性“direction”和"reg"屬性；如果沒有屬性“direction”，會(huì)返回錯(cuò)誤；如果沒有"reg"屬性，代碼會(huì)繼續(xù)，但是功能會(huì)出錯(cuò)。屬性"direction"的值是"input"或者"output"。
xvip_graph_dma_init_one還為每個(gè)port分配struct xvip_dma，再執(zhí)行xvip_dma_init()。
接下來，xvip_graph_dma_init_one把struct xvip_dma加入到隊(duì)列xdev->dmas。
xvip_graph_dma_init_one還根據(jù)"direction"的值是"input"或者"output"，以及xvip_is_mplane的設(shè)置，選擇buffer類型。

xvip_graph_dma_init_one的關(guān)鍵代碼如下：
// Read direction and reg properties
ret = of_property_read_string(node, "direction", &direction);

of_property_read_u32(node, "reg", &index);

dma = devm_kzalloc(xdev->dev, sizeof(*dma), GFP_KERNEL);

ret = xvip_dma_init(xdev, dma, type, index);

list_add_tail(&dma->list, &xdev->dmas);

4.6. 函數(shù)xvip_dma_init

xvip_dma_init是核心的函數(shù)，完成了最關(guān)鍵的任務(wù)：初始化buffer隊(duì)列、申請(qǐng)DMA設(shè)備、注冊(cè)Video設(shè)備。
函數(shù)xvip_dma_init()先初始化struct xvip_dma的數(shù)據(jù)成員，包括dma->lock、dma->pipe.lock、dma->queued_bufs、dma->queued_lock；再根據(jù)buffer類型，初始化v4l2_format里的像數(shù)點(diǎn)格式，struct v4l2_pix_format pix 或者struct v4l2_pix_format_mplane pix_mp。接下來設(shè)置pad.flags為MEDIA_PAD_FL_SINK或者M(jìn)EDIA_PAD_FL_SOURCE，調(diào)用media_entity_pads_init初始化初始化media entity。
函數(shù)xvip_dma_init()然后繼續(xù)初始化video_device的各種成員和操作函數(shù)，包括fops、v4l2_dev、queue、vfl_type、vfl_dir、lock、和ioctl_ops。video_device的fops被設(shè)置為xvip_dma_fops，ioctl_ops被設(shè)置為xvip_dma_ioctl_ops。
函數(shù)xvip_dma_init()再接著初始化buffer隊(duì)列struct vb2_queue queue，其中ops被設(shè)置為xvip_dma_queue_qops，mem_ops被設(shè)置為vb2_dma_contig_memops，執(zhí)行vb2_queue_init。
函數(shù)xvip_dma_init()再接著執(zhí)行dma_request_chan申請(qǐng)DMA設(shè)備，這是一個(gè)復(fù)雜和核心的函數(shù)。dma_request_chan()的第二個(gè)參數(shù)是DMA通道的名稱，名字是格式是"port%u"，比如"port0"，也就是設(shè)備樹的屬性"dma-names"里的字符串。其中of_dma_request_slave_channel()調(diào)用的of_find_property(np, "dmas", NULL)，通過屬性"dmas"，取得了dma。of_property_count_strings()計(jì)算屬性"dma-names"里的字符串個(gè)數(shù)，也就是DMA的個(gè)數(shù)。然后根據(jù)DMA的個(gè)數(shù)，為每一個(gè)DMA執(zhí)行of_dma_match_channel()。of_dma_match_channel (dev->of_node, "port%u", )取出"dma-names"的字符串，再和"port%u"對(duì)比，這是檢查名字是否對(duì)應(yīng)，如果一致，就用對(duì)應(yīng)的DMA，取得struct of_phandle_args dma_spec，再把struct of_phandle_args dma_spec轉(zhuǎn)換為struct of_dma *ofdma。of_dma_xlate接下來轉(zhuǎn)換為struct dma_chan。of_dma_request_slave_channel使用了字符串"dmas"。of_dma_match_channel()使用了字符串"dmas"和"dma-names"。所以Xilinx-vipp.c實(shí)現(xiàn)的"xlnx,video"設(shè)備的設(shè)備樹里的"dmas"和"dma-names"，"port0"是必須有的固定字符串，不能更改；只有dmas后面的DMA phandle才可以更改。
函數(shù)xvip_dma_init()最后執(zhí)行video_register_device注冊(cè)Video設(shè)備。

4.7. 函數(shù)xvip_graph_parse

函數(shù)xvip_graph_parse先調(diào)用xvip_graph_parse_one，找到直接的remote_port；然后再為每一個(gè)找到的remote_port執(zhí)行一次xvip_graph_parse_one。

4.8. 函數(shù)xvip_graph_parse_one

xvip_graph_parse_one()里先調(diào)用of_graph_get_next_endpoint(node, ep)取得下一個(gè)endpoint，然后再調(diào)用of_graph_get_remote_port_parent(ep) 得到remote_port的父節(jié)點(diǎn)。of_graph_get_next_endpoint(node, ep)會(huì)先嘗試找子節(jié)點(diǎn)ports,再找到子節(jié)點(diǎn)port，然后再在子節(jié)點(diǎn)port里找endpoint；讀取路徑是 { ports { port {endpoint } } }，其中ports是可選的。endpoint是port的子節(jié)點(diǎn)，不管其內(nèi)部的屬性名稱，所以也可以用屬性名稱remote-endpoint。of_graph_get_remote_port_parent(ep)通過調(diào)用of_graph_get_remote_endpoint()得到remote_port，再調(diào)用of_graph_get_port_parent()得到父節(jié)點(diǎn)。of_graph_get_remote_endpoint()里讀取了設(shè)備樹里的"remote-endpoint"屬性。
xvip_graph_parse_one()再調(diào)用xvip_graph_find_entity()，在xdev->entities里檢查是否已經(jīng)包含對(duì)應(yīng)的entity，如果已經(jīng)包含，則跳過后續(xù)處理；如果沒沒有，則找到的remote_port的父節(jié)點(diǎn)，存放到鏈表xdev->entities，并執(zhí)行操作xdev->num_subdevs++。
最后xdev->entities里包含了所有entity。后來xvip_graph_notify_complet會(huì)根據(jù)xdev->entities，為每個(gè)entity創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備。

4.9. 函數(shù)xvip_graph_notify_bound

系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)子設(shè)備（subdev）后，調(diào)用異步處理函數(shù)xvip_graph_notify_bound獲取子設(shè)備信息。xvip_graph_notify_bound根據(jù)設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)，匹配實(shí)體(entity)和子設(shè)備(subdev)；匹配成功后，再把子設(shè)備(subdev)的指針保存到實(shí)體(entity)。

xvip_graph_notify_bound的關(guān)鍵代碼如下：
entity->entity = &subdev->entity;
entity->subdev = subdev;

4.10. 函數(shù)xvip_graph_notify_complete

系統(tǒng)所有子設(shè)備（subdev）都被發(fā)現(xiàn)后，Linux會(huì)調(diào)用xvip_graph_notify_complete。xvip_graph_notify_complete調(diào)用xvip_graph_build_one為每個(gè)entity創(chuàng)建Link；調(diào)用xvip_graph_build_dma做Create links for DMA channels；并為每個(gè)實(shí)體(entity)注冊(cè)V4L2子設(shè)備v4l2_device_register_subdev_nodes ；最后調(diào)用media_device_register注冊(cè)media設(shè)備。

4.11. 函數(shù)xvip_graph_build_one

函數(shù)xvip_graph_build_dma在每個(gè)entity及其遠(yuǎn)端模塊之間創(chuàng)建Link。
函數(shù)xvip_graph_build_one先調(diào)用函數(shù)of_graph_get_next_endpoint從設(shè)備的設(shè)備樹里找到下一個(gè)endpoint(struct device_node)。與之前描述一樣，of_graph_get_next_endpoint的讀取路徑是 { ports { port {endpoint} } }，endpoint是port的子節(jié)點(diǎn)，不管其內(nèi)部的屬性名稱，所以也可以用屬性名稱remote-endpoint。函數(shù)xvip_graph_build_dma接著調(diào)用v4l2_fwnode_parse_link，得到對(duì)應(yīng)的link(struct v4l2_fwnode_link)。接著根據(jù)link中的端口號(hào)（local_port）取得pad信息，判斷出是否是目的端（sink）端口；如果是目的端（sink）端口，則忽略。另外還忽略DMA，它由xvip_graph_build_dma處理。接下來再調(diào)用函數(shù)xvip_graph_find_entity，根據(jù)link中的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)（remote_node），得到遠(yuǎn)端的entity。最后調(diào)用media_create_pad_link，當(dāng)前entity作為源端(source)，遠(yuǎn)端entity作為目的端(sink)的media_entity和media_pad，創(chuàng)建媒體pad的鏈接（link）

4.12. 函數(shù)xvip_graph_build_dma

函數(shù)xvip_graph_build_dma為DMA模塊及其遠(yuǎn)端模塊之間創(chuàng)建Link。
函數(shù)xvip_graph_build_dma先調(diào)用函數(shù)of_graph_get_next_endpoint從設(shè)備的設(shè)備樹里找到下一個(gè)endpoint(struct device_node)。函數(shù)xvip_graph_build_dma接著調(diào)用v4l2_fwnode_parse_link，得到對(duì)應(yīng)的link(struct v4l2_fwnode_link)，根據(jù)link中的端口號(hào)（local_port），找到對(duì)應(yīng)的DMA（struct xvip_dma）。接下來再調(diào)用函數(shù)xvip_graph_find_entity，根據(jù)link中的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)（remote_node），得到遠(yuǎn)端的entity。然后設(shè)置源端(source)/目的端(sink)的media_entity和media_pad，最后調(diào)用media_create_pad_link創(chuàng)建媒體pad的鏈接（link）。

4.13. 函數(shù)xvip_graph_find_dma

函數(shù)xvip_graph_build_dma根據(jù)指定的port號(hào)，在xdev->dmas里找DMA，如果找到，就返回對(duì)應(yīng)的的struct xvip_dma的指針。

4.14. 函數(shù)xvip_graph_find_entity

函數(shù)xvip_graph_find_entity根據(jù)指定的設(shè)備節(jié)點(diǎn)（struct device_node），在xdev->entities里找entity，如果找到，就返回對(duì)應(yīng)的的struct xvip_graph_entity的指針。

5. 關(guān)鍵數(shù)據(jù)

5.1. subdevs

其中subdevs是一個(gè)指針，指向（struct v4l2_async_subdev *）的數(shù)組（是指針數(shù)組），包含了這個(gè)設(shè)備下的所有subdev的指針，根據(jù)遍歷xdev->entities填滿這個(gè)數(shù)組。xdev->entities由processedxvip_graph_parse_one()根據(jù)設(shè)備樹找到相關(guān)的子設(shè)備填充。

5.2. group ID

組ID（struct v4l2_subdev里有成員grp_id。v4l2_subdev_init()里把其初始化為0。Xilinx沒有設(shè)置grp_id，所以都是0.）

5.3. xvip_graph_notify_ops

xvip_graph_notify_ops指向bound和complete函數(shù)，如果成功匹配設(shè)備，.bound()回調(diào)函數(shù)將會(huì)被調(diào)用，當(dāng)所有的子設(shè)備全部被加載完畢之后，.complete() 回調(diào)函數(shù)就會(huì)被調(diào)用：

6. 后續(xù)任務(wù)

還有很多代碼可以分析，比如HDMI RX的驅(qū)動(dòng)、TPG的驅(qū)動(dòng)、m2m的驅(qū)動(dòng)。