簡介
對中斷的處理實現，記憶體映射功能以及對I/O通道的控制接口函式ioct1的實現等，並把 它們定義在struct file_operations中。這樣當應用程式對設備檔案進行諸如open、close、read、write等系統調用操作時，Linux核心將通 過file_operations結構訪問驅動程式提供的函式。例如，當應用程式對設備檔案執行讀操作時，核心將調用file_operations結構 中的read函式。在系統平台上對USB口數碼攝像頭驅動，首先把USB控制器驅動模組靜態編譯進核心，使平台中支持USB接口，再在需要使用攝像頭採集 時，使用insmod動態載入其驅動模組，這樣攝像頭就可正常工作了，接著進行了下一步對視頻流的採集編程。
程式中定義的數據結構
struct video_capability grab_cap;
struct video_picture grab_pic;
struct video_mmap grab_buf;
struct video_mbuf grab_vm；
這些數據結構都是由Video4Linux支持的，它們的用途如下：
*video_capability包含攝像頭的基本信息，例如設備名稱、支持的最大最小解析度、信號源信息等，分別對應著結構體中成員變數name [32]、maxwidth、maxheight、minwidth、minheight、channels(信號源個數)、type等；
*voide_picture包含設備採集圖像的各種屬性，如brightness(亮度)、hue(色調)、contrast(對比度)、whiteness(色度)、depth(深度)等；
*video_mmap用於記憶體映射；
*video_mbuf利用mmap進行映射的幀信息，實際上是輸入到攝像頭存儲器緩衝中的幀信息，包括size（幀的大小）、frames（最多支持的幀數）、offsets（每幀相對基址的偏移）。
程式中用到的主要系統調用函式有：open("/dev/voideo0",int flags)、close(fd)、mmap(void *start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset)、munmap(void *start,size_tlength)和ioctl(int fd,int cmd,…)。
前面提到Linux系統中把設備看成設備檔案，在用戶空間可以通過標準的I/O系統調用函式操作設備檔案，從而達到與設備通信互動的目的。當然，在設備驅動中要提供對這些函式的相應支持。這裡說明一下ioctl(int fd,int cmd,…)函式，它在用戶程式中用來控制I/O通道，其中，fd代表設備檔案描述符，cmd代表用戶程式對設備的控制命令，省略號一般是一個表示類型長度的參數，也可沒有。
（2）採集程式實現過程
首先打開視頻設備，攝像頭在系統中對應的設備檔案為/dev/video0，採用系統調用函式grab_fd=open("/dev/video0", O_RDWR),grab_fd是設備打開後返回的檔案描述符（打開錯誤返回-1），以後的系統調用函式就可使用它來對設備檔案進行操作了。接著，利用 ioctl（grab_fd,VIDIOCGCAP,&grab_cap）函式讀取struct video_capability中有關攝像頭的信息。該函式成功返回後，這些信息從核心空間拷貝到用戶程式空間grab_cap各成員分量中，使用 printf函式就可得到各成員分量信息，例如printf("maxheight=%d",grab_fd.maxheight)獲得最大垂直解析度的 大小。不規則用ioctl(grab_fd,VIDIOCGPICT,&grab_pic)函式讀取攝像頭緩衝中voideo_picture信息。在用戶空間程式中可以改變這些信息，具體方法為先給分量賦新值，再調用VIDIOCSPICT ioctl函式，例如：
grab_fd.depth=3;
if(ioctl(grab_fd,VIDIOCSPICT,&grab_pic)<0)
{perror("VIDIOCSPICT");return -1;};
完成以上初始化設備工作後，就可以對視頻圖像截取了，有兩種方法：一種是read()直接讀取；另外一種mmap()記憶體映射。Read()通過核心緩衝 區來讀取數據；而mmap()通過把設備檔案映射到記憶體中，繞過了核心緩衝區，最快的磁碟訪問往往還是慢於最慢的記憶體訪問，所以mmap()方式加速了 I/O訪問。另外，mmap()系統調用使得進程之間通過映射同一檔案實現共享記憶體，各進程可以像訪問普通記憶體一樣對檔案進行訪問，訪問時只需要使用指針 而不用調用檔案操作函式。因為mmap()的以上優點，所以在程式實現中採用了記憶體映射方式，即mmap()方式。
利用mmap()方式視頻裁取具體進行操作如下。
①先使用ioctl(grab_fd,VIDIOCGMBUF,&grab_vm)函式獲得攝像頭存儲緩衝區的幀信息，之後修改voideo_mmap中的設定，例如重新設定圖像幀的垂直及水平解析度、彩色顯示格式。可利用如下語句
grab_buf.height=240;
grab_buf.width=320;
grab_buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;
②接著把攝像頭對應的設備檔案映射到記憶體區，具體使用grab_data=(unsigned char*)mmap(0,grab_vm.size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,grad_fd,0)操作。這 樣設備檔案的內容就映射到記憶體區，該映射內容區可讀可寫並且不同進程間可共享。該函式成功時返回映像記憶體區的指針，挫敗時返回值為-1。
下面對單幀採集和連續幀採集進行說明：
*單幀採集。在上面獲取的攝像頭存儲緩衝區幀信息中，最多可支持的幀數（frames的值）一般為兩幀。對於單幀採集只需設定 grab_buf.frame=0，即採集其中的第一幀，使用ioctl(grab_fd,VIDIOCMCAPTURE,&grab_buf) 函式，若調用成功，則激活設備真正開始一幀圖像的截取，是非阻塞的。接著使用ioctl(grab_fd,VIDIOCSYNC,&frame) 函式判斷該幀圖像是否截取完畢，成功返回表示截取完畢，之後就可把圖像數據保存成檔案的形式。
*連續幀採集。在單幀的基礎上，利用grab_fd.frames值確定採集完畢攝像頭幀緩衝區幀數據進行循環的次數。在循環語句中，也是使用VIDIOCMCCAPTURE ioct1和VIDIOCSYNC ioctl函式完成每幀截取，但要給採集到的每幀圖像賦地址，利用語句buf=grab_data+grab_vm.offsets[frame],然後保存檔案的形式。若要繼續採集可再加一個外循環，在外循環語句只要給原來的內循環再賦frame=0即可。
小結
筆者最後在宿主機PC上使用交叉編譯器編譯連結連續幀採集程式（以雙幀採集為例並保存成bmp檔案檔案形式）使之生成可執行代碼，並完成了向目標平台的移 植。為了進一步觀察採集的圖像效果，筆者在目標平台帶網路支持的基礎上，編寫了一個簡單的網路通信程式，把採集到並保存為bmp的圖像檔案通過網路傳輸到 PC機上進行顯示，把採集到並保存為bmp的圖像檔案通過網路傳輸到PC機上進行顯示，通過對效果的分析，再回到採集程式中重新設定 video_picture中的信息，如亮度、對比度等和video_mmap中的解析度，重新移植以達到最好效果為準。
在圖1中的嵌入式系統平台上，套用本文所述方法完成視頻採集工作，再加上相關的視頻處理並接入網路，就構成了一個智慧型終端設備，可用於工廠、銀行及小區等場合全天候的智慧型監控，具有廣闊的市場和套用前景。
