一、 設備節點、模塊、拓撲結構關系
拓撲結構是我們了解MIPI-CSI內部模塊以及與攝像頭連接關系的最直觀最便捷的方法。
- 如何表示拓撲結構？
來自: 參考文檔《RKISP_Driver_User_Manual_v1.3.pdf》
- 模塊之間相互獨立，通過struct media_entity來進行抽象，通常會將struct media_entity嵌入到其他結構中，以支持media framework功能；
- entity模塊包含struct media_pad，pad可以認為是端口，與其他模塊進行聯系的媒介，針對特定模塊來說它是確定的；
- pad通過struct media_link來建立連接，指定source和sink，即可將通路建立起來；
- 各個模塊之間最終建立一條數據流，便是一條pipeline了，同一條pipeline中的模塊，可以根據前一個模塊查找到下一個模塊，因此也可以很方便進行遍歷，并做進一步的設置操作；
2. 設備節點-------少media的
在/sys/class/video4linux/下可以找到v4l2相關的設備節點：
rk3568_r:/ # ls sys/class/video4linux
ls sys/class/video4linux
v4l-subdev0 v4l-subdev2 video1 video3 video5 video7
v4l-subdev1 video0 video2 video4 video6 video8
rk3568_r:/ # cat sys/class/video4linux/video0/dev
cat sys/class/video4linux/video0/dev
81:0
rk3568_r:/ # cat sys/class/video4linux/video0/name
cat sys/class/video4linux/video0/name
rkisp_mainpath
udev文件系統會為我們在dev/目錄下創建一個video0節點，即dev/video0
用戶可以打開dev/video0節點，通過IOCTL命令和內核空間進行通信。
rk3568_r:/ # ls /dev/video* -l
ls /dev/video* -l
crw-rw---- 1 media camera 81, 0 2022-11-09 17:06 /dev/video0
crw-rw---- 1 media camera 81, 1 2022-11-09 17:06 /dev/video1
crw-rw---- 1 media camera 81, 2 2022-11-09 17:06 /dev/video2
crw-rw---- 1 media camera 81, 3 2022-11-09 17:06 /dev/video3
crw-rw---- 1 media camera 81, 4 2022-11-09 17:06 /dev/video4
crw-rw---- 1 media camera 81, 5 2022-11-09 17:06 /dev/video5
crw-rw---- 1 media camera 81, 6 2022-11-09 17:06 /dev/video6
crw-rw---- 1 media camera 81, 7 2022-11-09 17:06 /dev/video7
crw-rw---- 1 media camera 81, 8 2022-11-09 17:06 /dev/video8
rk3568_r:/ # ls /dev/v4l-sub* -l
ls /dev/v4l-sub* -l
crw-rw-rw- 1 media camera 81, 9 2022-11-09 17:06 /dev/v4l-subdev0
crw-rw-rw- 1 media camera 81, 10 2022-11-09 17:06 /dev/v4l-subdev1
crw-rw-rw- 1 media camera 81, 11 2022-11-09 17:06 /dev/v4l-subdev2
3. 拓撲結構圖
命令media-ctl可以查看拓撲結構圖
rk3568_r:/ # media-ctl -d /dev/media0 -p
media-ctl -d /dev/media0 -p
Opening media device /dev/media0
Enumerating entities
Found 13 entities
Enumerating pads and links
Media controller API version 0.0.255
Media device information
------------------------
driver rkisp-vir0
model rkisp0
serial
bus info
hw revision 0x0
driver version 0.0.255
Device topology
- entity 1: rkisp-isp-subdev (4 pads, 7 links)
type V4L2 subdev subtype Unknown
device node name /dev/v4l-subdev0
pad0: Sink
[fmt:SBGGR10/4224x3136
crop.bounds:(0,0)/4096x3072
crop:(0,0)/4096x3072]
<- "rkisp-csi-subdev":1 []
<- "rkisp_rawrd0_m":0 []
<- "rkisp_rawrd2_s":0 []
pad1: Sink
<- "rkisp-input-params":0 []
pad2: Source
[fmt:YUYV2X8/4096x3072
crop.bounds:(0,0)/4096x3072
crop:(0,0)/4096x3072]
-> "rkisp_mainpath":0 []
-> "rkisp_selfpath":0 []
pad3: Source
-> "rkisp-statistics":0 []
- entity 6: rkisp-csi-subdev (6 pads, 5 links)
type V4L2 subdev subtype Unknown
device node name /dev/v4l-subdev1
pad0: Sink
<- "rockchip-csi2-dphy0":1 []
pad1: Source
-> "rkisp-isp-subdev":0 []
pad2: Source
-> "rkisp_rawwr0":0 []
pad3: Source
pad4: Source
-> "rkisp_rawwr2":0 []
pad5: Source
-> "rkisp_rawwr3":0 []
- entity 13: rkisp_mainpath (1 pad, 1 link)
type Node subtype V4L
device node name /dev/video0
pad0: Sink
<- "rkisp-isp-subdev":2 []
- entity 19: rkisp_selfpath (1 pad, 1 link)
type Node subtype V4L
device node name /dev/video1
pad0: Sink
<- "rkisp-isp-subdev":2 []
- entity 25: rkisp_rawwr0 (1 pad, 1 link)
type Node subtype V4L
device node name /dev/video2
pad0: Sink
<- "rkisp-csi-subdev":2 []
- entity 31: rkisp_rawwr2 (1 pad, 1 link)
type Node subtype V4L
device node name /dev/video3
pad0: Sink
<- "rkisp-csi-subdev":4 []
- entity 37: rkisp_rawwr3 (1 pad, 1 link)
type Node subtype V4L
device node name /dev/video4
pad0: Sink
<- "rkisp-csi-subdev":5 []
- entity 43: rkisp_rawrd0_m (1 pad, 1 link)
type Node subtype V4L
device node name /dev/video5
pad0: Source
-> "rkisp-isp-subdev":0 []
- entity 49: rkisp_rawrd2_s (1 pad, 1 link)
type Node subtype V4L
device node name /dev/video6
pad0: Source
-> "rkisp-isp-subdev":0 []
- entity 55: rkisp-statistics (1 pad, 1 link)
type Node subtype V4L
device node name /dev/video7
pad0: Sink
<- "rkisp-isp-subdev":3 []
- entity 61: rkisp-input-params (1 pad, 1 link)
type Node subtype V4L
device node name /dev/video8
pad0: Source
-> "rkisp-isp-subdev":1 []
- entity 67: rockchip-csi2-dphy0 (2 pads, 2 links)
type V4L2 subdev subtype Unknown
device node name /dev/v4l-subdev2
pad0: Sink
<- "m00_b_ov13850 4-0010":0 []
pad1: Source
-> "rkisp-csi-subdev":0 []
- entity 70: m00_b_ov13850 4-0010 (1 pad, 1 link)
type V4L2 subdev subtype Sensor
device node name /dev/v4l-subdev3
pad0: Source
[fmt:SBGGR10/4224x3136]
-> "rockchip-csi2-dphy0":0 []
下面是根據顯示內容繪制的拓撲圖：
拓撲結構
該圖中各個entity對應的設備節點名稱已經標注。模塊的上方的黃色pad默認是source pad，下方的黃色pad是sink pad
字符設備類型主要有兩種（只考慮攝像頭）：
- /dev/videox (x取值0~8) （所有設備共用主設備號81，次設備號區分）
- /dev/v4l-subdevx (x取值0~3)
video設備主要用于圖像操作，必須創建結構體struct video_device變量， v4l-subdev設備主要對應sensor等具體從設備，必須創建struct v4l2_subdev變量， 內部的isp和csi、csi-dphy也都需要注冊為subdev
這些entity由media_entity模塊負責維護，將他們連接起來。
4. 模塊功能
這些entity瑞芯微已經設定了他們各自的功能：
這些entity我們可以理解為一個個功能模塊。
這些功能模塊有的用于驅動csi、有的驅動isp、有的用于預覽圖像、有的用于統計視頻信息、有的用于配置參數。
這些功能模塊，并不是都一定每個camera控制器都有的，有一些是通用的，比如，mainpath、selfpath，有一些要完全看SoC設計，即使瑞芯微的SoC，不同型號，差別也不小。所以具體問題要具體分析，不可教條。
v4l2只定義了基本架構，定義好了回調函數接口，要實現模塊具體功能只需要填充好對應的回調函數即可，應用層通過這些字符設備文件和對應的ioctrl命令，就可以實現相應的功能。
二、 如何描述拓撲？
1. struct rkisp_device
rk3568的camera控制器使用結構體struct rkisp_device管理所有的資源。
/*
* struct rkisp_device - ISP platform device
* @base_addr: base register address
* @active_sensor: sensor in-use, set when streaming on
* @isp_sdev: ISP sub-device
* @cap_dev: image capture device
* @stats_vdev: ISP statistics output device
* @params_vdev: ISP input parameters device
* @dmarx_dev: image input device
* @csi_dev: mipi csi device
* @br_dev: bridge of isp and ispp device
*/
struct rkisp_device {
struct list_head list;
void __iomem *base_addr;
struct device *dev;
char name[128];
void *sw_base_addr;
struct rkisp_hw_dev *hw_dev;
struct v4l2_device v4l2_dev;
struct v4l2_ctrl_handler ctrl_handler;
struct media_device media_dev;
struct v4l2_async_notifier notifier;
struct v4l2_subdev *subdevs[RKISP_SD_MAX];
struct rkisp_sensor_info *active_sensor;
struct rkisp_sensor_info sensors[RKISP_MAX_SENSOR];
int num_sensors;
struct rkisp_isp_subdev isp_sdev;
struct rkisp_capture_device cap_dev;
struct rkisp_isp_stats_vdev stats_vdev;
struct rkisp_isp_params_vdev params_vdev;
struct rkisp_dmarx_device dmarx_dev;
struct rkisp_csi_device csi_dev;
struct rkisp_bridge_device br_dev;
struct rkisp_luma_vdev luma_vdev;
struct proc_dir_entry *procfs;
struct rkisp_pipeline pipe;
enum rkisp_isp_ver isp_ver;
struct rkisp_emd_data emd_data_fifo[RKISP_EMDDATA_FIFO_MAX];
unsigned int emd_data_idx;
unsigned int emd_vc;
unsigned int emd_dt;
int vs_irq;
struct gpio_desc *vs_irq_gpio;
struct rkisp_hdr hdr;
unsigned int isp_state;
unsigned int isp_err_cnt;
unsigned int isp_isr_cnt;
unsigned int isp_inp;
struct mutex apilock; /* mutex to serialize the calls of stream */
struct mutex iqlock; /* mutex to serialize the calls of iq */
wait_queue_head_t sync_onoff;
dma_addr_t resmem_addr;
phys_addr_t resmem_pa;
size_t resmem_size;
int dev_id;
unsigned int skip_frame;
unsigned int irq_ends;
unsigned int irq_ends_mask;
bool send_fbcgain;
struct rkisp_ispp_buf *cur_fbcgain;
struct rkisp_buffer *cur_spbuf;
bool is_thunderboot;
struct kfifo rdbk_kfifo;
spinlock_t rdbk_lock;
int rdbk_cnt;
int rdbk_cnt_x1;
int rdbk_cnt_x2;
int rdbk_cnt_x3;
u32 rd_mode;
u8 filt_state[RDBK_F_MAX];
};
其中與isp2.1拓撲結構相關的的幾個結構體成員以及他們之間的關系：
成員 | 含義 | 拓撲圖中的entity | 設備名 |
void __iomem *base_addr | 基地址 | - | - |
struct rkisp_sensor_info *active_sensor; | 正在使用的sensor | - | - |
struct rkisp_isp_subdev isp_sdev; | isp模塊 | rkisp-isp-subdev | v4l-subdev0 |
struct rkisp_capture_device cap_dev; | capture模塊, 維護struct vb2_v4l2_buffer | 對應拓撲圖中的rkisp_mainpath、rkisp_selfpath、rkisp_rawwr0、rkisp_rawwr2、rkisp_rawwr3 | video0~video4 |
struct rkisp_isp_stats_vdev stats_vdev; | 數據統計模塊 | rkisp-statistics | video7 |
struct rkisp_isp_params_vdev params_vdev; | 參數配置模塊 | rkisp-input-params | video8 |
struct rkisp_dmarx_device dmarx_dev; | dma數據接收模塊 | rkisp_rawrd0_m、rkisp_rawrd2_s | video5、video6 |
struct rkisp_csi_device csi_dev; | csi的sub device從設備 | rkisp-csi-subdev | v4l-subdev1 |
struct rkisp_bridge_device br_dev; | 橋接模塊備，isp2.0中有 | - | - |
enum rkisp_isp_ver isp_ver; | isp版本號，rk3568是2.1 | - | - |
2. 舉例1：rkisp-csi-subdev注冊到拓撲結構中
要添加到拓撲結構中，表示該模塊的結構體中包含成員struct media_pad ，它和struct v4l2_subdev中的 struct media_entity entity;共同生成拓撲結構。
rkisp-csi-subdev設備結構體定義如下：
struct rkisp_csi_device {
struct rkisp_device *ispdev;
struct v4l2_subdev sd;
struct media_pad pads[CSI_PAD_MAX];
struct sink_info sink[CSI_PAD_MAX - 1];
int max_pad;
u32 err_cnt;
u32 irq_cnt;
u8 mipi_di[CSI_PAD_MAX - 1];
u8 tx_first[HDR_DMA_MAX];
};參考第二節的拓撲圖中 entity6 :
由上圖可知，該模塊有6個pad，pad屬性定義如下
#define MEDIA_PAD_FL_SINK (1 << 0)
#define MEDIA_PAD_FL_SOURCE (1 << 1)
#define MEDIA_PAD_FL_MUST_CONNECT (1 << 2)
pad的名稱定義如下：
enum rkisp_csi_pad {
CSI_SINK = 0,
CSI_SRC_CH0,
CSI_SRC_CH1,
CSI_SRC_CH2,
CSI_SRC_CH3,
CSI_SRC_CH4,
CSI_PAD_MAX
};isp的in pad
//isp的in pad
enum rkisp_isp_inp {
INP_INVAL = 0,
INP_RAWRD0 = BIT(0),
INP_RAWRD1 = BIT(1),
INP_RAWRD2 = BIT(2),
INP_CSI = BIT(4),
INP_DVP = BIT(5),
INP_DMARX_ISP = BIT(6),
INP_LVDS = BIT(7),
INP_CIF = BIT(8),
};
根據該拓撲圖，pads[0] 為sink ，pads[1~5] 均為source
以下是驅動中pad初始化代碼：
rkisp_register_csi_subdev()
{
……
v4l2_subdev_init(sd, &rkisp_csi_ops);
sd->flags |= V4L2_SUBDEV_FL_HAS_DEVNODE; //是否需要子節點
sd->entity.ops = &rkisp_csi_media_ops;
sd->entity.function = MEDIA_ENT_F_V4L2_SUBDEV_UNKNOWN;
snprintf(sd->name, sizeof(sd->name), CSI_DEV_NAME);//名字前綴，#define CSI_DEV_NAME DRIVER_NAME "-csi-subdev"
csi_dev->pads[CSI_SINK].flags =
MEDIA_PAD_FL_SINK | MEDIA_PAD_FL_MUST_CONNECT; //pad0屬性
csi_dev->pads[CSI_SRC_CH0].flags =
MEDIA_PAD_FL_SOURCE | MEDIA_PAD_FL_MUST_CONNECT; //pad1屬性
csi_dev->max_pad = CSI_SRC_CH0 + 1;
if (dev->isp_ver == ISP_V20 || dev->isp_ver == ISP_V21) {
csi_dev->max_pad = CSI_PAD_MAX;
csi_dev->pads[CSI_SRC_CH1].flags = MEDIA_PAD_FL_SOURCE;//pad2屬性
csi_dev->pads[CSI_SRC_CH2].flags = MEDIA_PAD_FL_SOURCE;//pad3屬性
csi_dev->pads[CSI_SRC_CH3].flags = MEDIA_PAD_FL_SOURCE;//pad4屬性
csi_dev->pads[CSI_SRC_CH4].flags = MEDIA_PAD_FL_SOURCE;//pad5屬性
}
ret = media_entity_pads_init(&sd->entity, csi_dev->max_pad,
csi_dev->pads);
……
}
一些關鍵的宏匯總：
//各個模塊對應的名字
【kernel\drivers\media\platform\rockchip\isp\dev.h】
#define DRIVER_NAME "rkisp"
#define ISP_VDEV_NAME DRIVER_NAME "_ispdev"
#define SP_VDEV_NAME DRIVER_NAME "_selfpath"
#define MP_VDEV_NAME DRIVER_NAME "_mainpath"
#define DMA_VDEV_NAME DRIVER_NAME "_dmapath"
#define RAW_VDEV_NAME DRIVER_NAME "_rawpath"
#define DMATX0_VDEV_NAME DRIVER_NAME "_rawwr0"
#define DMATX1_VDEV_NAME DRIVER_NAME "_rawwr1"
#define DMATX2_VDEV_NAME DRIVER_NAME "_rawwr2"
#define DMATX3_VDEV_NAME DRIVER_NAME "_rawwr3"
#define DMARX0_VDEV_NAME DRIVER_NAME "_rawrd0_m"
#define DMARX1_VDEV_NAME DRIVER_NAME "_rawrd1_l"
#define DMARX2_VDEV_NAME DRIVER_NAME "_rawrd2_s"
#define GRP_ID_SENSOR BIT(0)
#define GRP_ID_MIPIPHY BIT(1)
#define GRP_ID_ISP BIT(2)
#define GRP_ID_ISP_MP BIT(3)
#define GRP_ID_ISP_SP BIT(4)
#define GRP_ID_ISP_DMARX BIT(5)
#define GRP_ID_ISP_BRIDGE BIT(6)
#define GRP_ID_CSI BIT(7)
//pad的屬性
[kernel\include\uapi\linux\media.h]
#define MEDIA_PAD_FL_SINK (1 << 0)
#define MEDIA_PAD_FL_SOURCE (1 << 1)
#define MEDIA_PAD_FL_MUST_CONNECT (1 << 2)
由代碼可得，拓撲關系由csi_dev->pads描述。
最終調用函數media_entity_pads_init()注冊。
rkisp_register_platform_subdevs()
isp_subdev_notifier()
v4l2_async_notifier_parse_fwnode_endpoints()
__v4l2_async_notifier_parse_fwnode_endpoints()
{
for ( fwnode = fwnode_graph_get_next_endpoint())
{
dev_fwnode = fwnode_graph_get_port_parent(fwnode);
is_available = fwnode_device_is_available(dev_fwnode);
fwnode_handle_put(dev_fwnode);
fwnode_graph_parse_endpoint(fwnode, &ep);
}
for ( fwnode = fwnode_graph_get_next_endpoint())
{
dev_fwnode = fwnode_graph_get_port_parent(fwnode);
is_available = fwnode_device_is_available(dev_fwnode);
fwnode_handle_put(dev_fwnode);
fwnode_graph_parse_endpoint(fwnode, &ep);
v4l2_async_notifier_fwnode_parse_endpoint();
}
fwnode_handle_put(fwnode);
}
大家也可以試著去分析其他的模塊。
三、設備樹如何描述攝像頭拓撲結構？
1. 設備樹說明文檔
瑞芯微MIPI-CSI設備樹節點屬性說明參考內核說明文檔：
[kernel\Documentation\devicetree\bindings\media\]
video-interfaces.txt 關于sensor節點屬性的說明，接口類型，
rockchip-isp1.txt isp模塊屬性說明
rockchip-mipi-dphy.txt dphy模塊的說明
kernel\Documentation\devicetree\bindings\media\i2c\ovxxxxxx.txt ov系列的攝像設備樹說明
這些文檔中有關于port、remote-endpoint等節點的詳細說明，如果不是廠家，我們只需要搞懂攝像頭拓撲結構即可。
2. ov13850
我們移植的攝像頭為ov13850,他的連接關系如下：
- 數據通道通過mipi接口連接到rk3568的mipi通道0
- Camera控制器的csi2-dphy0模塊負責從mipi通道中接收數據幀
外設攝像頭拓撲關系由設備樹來描述，內核會自動解析并幫我們自動注冊。
千言萬語，不如一圖：
由上圖可得:
- 攝像頭ov13850設備樹只有一個port子節點，所以pad為0，out表示該pad是source pad
- remote-endpoint屬性表示該pad連接的上游模塊的pad名字:mipi_in_ucam0，而模塊csi2_dphy0中包含pad：mipi_in_ucam0，所以ov13850連接到該模塊
- csi2_dphy0 port0節點的mipi_in_ucam0設備，通過remote-endpoint即可知道該pad所連接的是設備ov13850的pad
- 綜上可得csi2_dphy0的pad0（sink pad）連接的ov13850的pad0（source pad）
