面向嵌入式視頻處理平臺的Linux移植

　　5設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)

　　5.1 Linux設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)步驟

　　Linux系統(tǒng)設(shè)備分為字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備3種。其設(shè)備驅(qū)動的開發(fā)主要包括：

　　a)在驅(qū)動程序源文件中定義file_opera-tions結(jié)構(gòu)，并編寫出設(shè)備需要的各個操作函數(shù)，對于設(shè)備不需要的操作函數(shù)用NULL初始化，這些操作函數(shù)將被注冊到內(nèi)核中。

　　b)定義一個初始化函數(shù)，在Linux初始化時會調(diào)用此函數(shù)。此函數(shù)包含：初始化驅(qū)動程序要用到的硬件寄存器；初始化與設(shè)備相關(guān)的參數(shù)；注冊設(shè)備；注冊設(shè)備使用的中斷和函數(shù)；其他一些初始化工作。

　　c)對于驅(qū)動程序的使用，可以進(jìn)行靜態(tài)編譯，也可以進(jìn)行動態(tài)編譯。靜態(tài)編譯是指將設(shè)備驅(qū)動程序添加到內(nèi)核中，動態(tài)編譯是指將設(shè)備驅(qū)動程序編譯成驅(qū)動模塊。

　　本嵌入式系統(tǒng)主要用于視頻處理，涉及到的外設(shè)主要是顯示設(shè)備和輸入設(shè)備。這里采用的顯示設(shè)備是LCD，而輸入設(shè)備是通過USB接口與系統(tǒng)相連的。

　　5.2 LCD顯示驅(qū)動程序開發(fā)

　　LCD的設(shè)備驅(qū)動程序?qū)儆谧址O(shè)備的驅(qū)動，應(yīng)按照字符設(shè)備的規(guī)則編寫。在Linux下進(jìn)行LCD顯示用Framebuffer技術(shù)，這是提取圖形的設(shè)備，是用戶進(jìn)入圖形界面很好的接口。Linux內(nèi)核根據(jù)硬件描述抽象出Framebuffer設(shè)備，供用戶態(tài)的進(jìn)程直接進(jìn)行寫屏。可以將 Framebuffer看成是顯示內(nèi)存的一個映像，將其映射到進(jìn)程地址空間之后，就可以直接進(jìn)行讀寫操作，寫操作立即反應(yīng)在屏幕上。 Framebuffer的設(shè)備文件一般存放在／dev這個目錄下，對此設(shè)備文件進(jìn)行操作即可實(shí)現(xiàn)圖像的顯示。

　　LCD顯示驅(qū)動程序主要包括：

　　a)LCD驅(qū)動的文件結(jié)構(gòu)：包括打開設(shè)備文件、設(shè)備文件其它操作、關(guān)閉設(shè)備文件等；

　　b)LCD的打開：LCD設(shè)備以讀寫的方式打開；

　　c)LCD設(shè)備的硬件初始化：包括注冊LCD設(shè)備、卸載LCD設(shè)備等；

　　d)LCD相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)置：以獲取顯存起始地址、分別率、色深等；

　　e)映射內(nèi)存區(qū)的操作：包括初始化顯存清零等，將攝像頭采集到的圖像數(shù)據(jù)讀至顯存處，以顯示圖像；

　　f)LCD控制輸出：包括得到命令、畫水平線、畫垂直線、畫圓等；

　　g)LCD的關(guān)閉。

　　將上面的內(nèi)容用程序?qū)崿F(xiàn)，進(jìn)行動態(tài)編譯。通過后，將LCD驅(qū)動模塊進(jìn)行移植加載，一個完整的LCD驅(qū)動就開發(fā)完畢了。

　　5.3 USB驅(qū)動程序開發(fā)

　　與LCD設(shè)備不同，USB既不屬于字符設(shè)備，也不屬于塊設(shè)備，而是一個新的設(shè)備類別，設(shè)計(jì)框架和流程如下：首先，提供一個“.o”的驅(qū)動模塊文件，且在一開始就加載運(yùn)行。USB驅(qū)動就會根據(jù)其類型向系統(tǒng)注冊。注冊成功后，系統(tǒng)會反饋一個主設(shè)備號，這個主設(shè)備號就是其唯一標(biāo)識。USB驅(qū)動就是根據(jù)主設(shè)備號創(chuàng)建一個放置在／dev目錄下的設(shè)備文件。要訪問此硬件，可用open、read和write等命令訪問相應(yīng)的設(shè)備文件，驅(qū)動就會接收到相應(yīng)的 read或write函數(shù)，根據(jù)模塊中相對應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行操作。驅(qū)動流程見圖6。

　　USB驅(qū)動的具體設(shè)計(jì)過程如下：

　　a)USB驅(qū)動的注冊。USB驅(qū)動程序在注冊時會發(fā)送一個命令給函數(shù)register_chrdev，通常在驅(qū)動程序的初始化函數(shù)中。當(dāng)USB 設(shè)備插入時，為了使linux-hotplug(Linux中USB等設(shè)備熱插拔支持)系統(tǒng)自動裝載驅(qū)動程序，需創(chuàng)建 MODULE_DEVICE_TABLE，在此過程中需將USB的主設(shè)備號傳遞給相應(yīng)的函數(shù)。

　　b)USB設(shè)備的打開。打開設(shè)備是通過調(diào)用file_operations結(jié)構(gòu)中的函數(shù)open()來完成的。其主要完成的任務(wù)是：檢查設(shè)備相關(guān)錯誤，如果是第一次打開，則初始化硬件設(shè)備；識別次設(shè)備號；使用計(jì)數(shù)增1。

　　c)USB設(shè)備的釋放。釋放設(shè)備是通過調(diào)用file_operations結(jié)構(gòu)中的函數(shù)release()來完成的。它的作用正好與open()相反，通常要完成這樣的工作：使用計(jì)數(shù)減1，如果使用計(jì)算為0，則關(guān)閉設(shè)備。

　　d)USB設(shè)備的控制信息與數(shù)據(jù)讀寫。USB設(shè)備驅(qū)動程序可以通過文件操作結(jié)構(gòu)中的函數(shù)向應(yīng)用程序提供對硬件進(jìn)行控制的接口，同時讀寫操作也要通過此函數(shù)來完成。

　　e)USB驅(qū)動的注銷。當(dāng)從系統(tǒng)卸載驅(qū)動程序時，需要注銷USB設(shè)備，這樣必須編寫一個注銷函數(shù)unregister_chrdev。

　　6結(jié)束語

　　本文基于TMS320DM*6平臺實(shí)現(xiàn)了Linux移植，包括創(chuàng)建交叉編譯環(huán)境、BootLoader的設(shè)計(jì)、Linux內(nèi)核移植以及LCD、 USB設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)，為實(shí)時視頻處理應(yīng)用開發(fā)創(chuàng)建了一個良好的嵌入式平臺，在此平臺上可進(jìn)一步進(jìn)行應(yīng)用程序、GUI及視頻處理算法開發(fā)與測試。