视频设备驱动程序开发 - 基于GIO/FVID的F2812DSP的视频处理系统

　3、视频设备驱动程序开发

　　3.1 设备驱动程序模型的选择

　　如上文介绍，常用的驱动程序模型包括3类：PIO、SIO和GIO。比较这3种模型可以知道：PIO支持更底层的通信，适合设计比较简单的外设驱动程序。例如在TI公司的6X11DSK板上实现的音频采集和回放，一般都是基于PIO模型的。而SIO模型具有很好的缓冲器分配回收机制，比较适合描述视频设备，但是SIO的很多功能在本系统中使用不到，而且GIO模型设计的目的就是针对特殊硬件的新型设备，所以最终考虑使用GIO设备驱动模型。

　　TI公司最初设计的GIO模型其实是有缺陷的，主要在数据缓冲区管理的问题上，应用程序在取得缓冲区进行数据处理之后，却无法将缓冲区返回设备驱动程序。于是TI公司在推出DM6北这一款主要用于视频处理的DSP芯片的同时，对GIO模型进行了改进，提出了专门针对视频设备的FVID模型。FVID模型是建立在GIO模型之上的，以FVID_alloc、FVID_exchangc、FVID_free函数对GIO模型中的GIO_submit函数进行封装，解决了GIO模型中驱动程序不能回收缓冲区的问题。

　　此外FVID模型还专门设计了FVID_frame结构。此结构中包含了常用的视频信号的信息，如行数、列数、YUV结构、场频等，很适合描述视频数据帧。但FVID主要是针对DM64X系统设计的，DM64X的很多功能在F2812 DSP上都不具备。所以本设计针对F2812 DSP视频处理系统，对FVID模型进行了一定的简化，保留类驱动程序，而重写了迷你驱动层程序。

　　

 

　　3.2 视频处理程序运行流程

　　在设计完成的视频驱动程序基础上，开发一个典型的视频处理应用程序，其运行流程如图3所示。首先使用FVID_create函数建立GIO_capture和GIO_play两个视频通道.再以GIO_capture通道的FVID_control函数发出cmd_start，采集到1帧视频数据。应用程序以GIO_capture通道的FVID_alloc函数向驱动程序申请采集到的数据帧，进行处理后再以FVID_exchange函数将修改后的数据帧返回驱动程序，最后再调用GI0_play通道的FVID_control函数发出cmd_display命令将数据帧输出。由图3可以看到，应用程序调用的这些FVID_XXX接口函数会自动由类驱动程序层层向下映射，到达迷你驱动层程序;而迷你层程序可以直接操纵底层硬件设备，来完成整个视频的采集、处理和显示的过程。

　　

 

　　3.3 迷你驱动程序的设计

　　迷你层驱动程序足整个设计的重点所在，下面详细介绍其实现方法。迷你层驱动程序主要由表1所列的几个函数组成。

　　对各个函数的具体实现如下：

　　①mdBindDev函数。在应用程序建立设备接口(如FVID_create函数)时被调用，完成对外部设备的初始化。而与其对应的是md_UBindDev函数，使用nadUBindDev函数会使设备处于无效状态，不能再使用。

　　②mdCreateChan函数。使用此函数为应用程序和驱动程序建立通信通道，同时为每个通道申请缓冲区。在TI公司发 布的FVID模型中，为每个通道都分配了3个缓冲区，轮流与外部设备交换数据，每个缓冲区对应1帧视频数据，这样的设计在DM642这样可以外扩大容量SDRAM的系统中是完全可行的。但是对于本系统，F2812DSP外部只扩展了512K×16位的SRAM，既要做视频输入的帧缓存，义要存放一部分程序，这样存储空间就不够了。所以本设计中进行了简化，对视频输入设备采用两缓冲区轮转的机制，如图4(a)所示。而对于视频输出设备，以AL422 FIFO作为硬件帧缓存，而不在SRAM中再为其分配缓冲区。与mdCreateChan对应的是md-DeleteChan函数，用于删除设备通道，释放缓冲区资源。

　　③mdSubmitChan函数。负责管理缓冲区。分别接受应用程序发出的FVID_ALLOC、FVID_EXCHANGE、FVID_FREE三个命令并进行处理。其中FVID_ALLOC命令对应图4中(a)到(b)的过程，应用程序从两个缓冲区中取出最新的一帧视颧数据，埘其中的数据做处理，而只剩下一个缓冲区用来接受外部设备输入的数据。FVID_EXCHANGE对应图4中(b)到(c)的过程，应用程序处理完1帧数据，将这1帧数据返回驱动程序，准备用来显示，同时再读入新的l帧数据进行处理。FVID_FREE对应图4中(c)到(a)的过程，应用程序将处理完的数据帧返回驱动程序，而不再向驱动程序申请新的数据帧。以上3个命令足针对视频输入接口GIO_capture而言的，而对于输出设备接口GIO_play，在SRAM中没有分配缓冲区，所以其nldSubmitChan函数内部设为空函数。

　　

 

　　④mdControlChan函数。用来操作外部视频设备，完成对视频数据的采集和输出。对于GIO_capture和GIO_play这两个设备接口的mdControlChan函数接受的命令是不同的：

　　视频输入GIO_capture接口的mdControlCham函数只接受cmd_start命令，完成1帧视频数据的采集;而视频输出GIO_play接口的mdControlChan函数只接受cmd_display命令.完成视频信号的输出。