基于CH374的USB摄像头驱动设计

。对USB摄像头来说，枚举的过程依次如下：

　　①获取设备描述符。通过设备描述符得到端点0的负载，也就是最大传送包容量。

　　②设置地址。给设备分配一个默认地址0之外的地址。

　　③获取配置描述符。这个过程包括两个阶段，第1次获取的配置描述符的前4个字节得到配置描述符的真实长度；再以真实长度第2次获取配置描述符，此描述符包含了设备的配置信息和多个接口信息。可以从这里得到可以使用的接口号和对应的信包负载。

　　④设置配置信息。设置的主要信息是配置描述符中的第5个字段bConfigurationValue。

　　⑤设置接口。USB摄像头不同的接口号对应不同的信包负载。本设计选定的接口号为2，对应信包负载是128字节。

　　(2) 自定义设置

　　USB摄像头并不是标准USB外设，需要很多自定义设置，可以称之为"自定义设备请求"，它是用标准设备请求包方式传送的，目的是修改内部寄存器，对采集图像和压缩方式进行配置。标准设备请求和自定义设备请求包的不同内容如表1所列。自定义设备请求的内容非常丰富，它包含以下几个方面：

　　①时序产生设置。包括图像采集频率和振荡器的设置等。

　　②图像处理设置。包括图像窗口大小、压缩类型、色彩分配等配置属性。

　　③存储器设置。对图像缓冲进行设置。

　　④控制及状态设置。包括启动及停止图像采集、数据传输方式、当前状态等配置属性。

　　
　　程序中的初始化设置有近百条，具体设置请见参考文献[1]的开源代码。初始化结束后，可以根据需要进行图像格式的设定，SPCA561A支持SQVGA(160×120)、QCIF(176×144)、QVGA(320×240)、CIF(352×288)四种格式。设定结束后启动摄像头采集，进行数据传输。

　　2.2 同步传输和图像帧处理

　　同步传输的过程非常简单，甚至不包含握手信息；但是因为同步传输对时序的要求很高，所以对同步传输数据的处理颇困难。此驱动的设计将同步数据的接收用中断服务程序进行处理，同步数据的处理放在中断服务之外执行。

　　①中断服务程序流程如图6所示。每次同步中断发生时，首先从USB主机控制器的缓冲区内读取接收到的128字节同步信包，将数据存储到数据处理程序提供的存储单元中。再发送PID_IN标志和端点号，设置同步传输类型并启动下一次传输。CH374主机会在每1 ms发送1个SOF同步标志，USB设备接收到SOF标志后，会传送下一个同步信包。

　　
　　②同步数据处理程序如图7所示。中断结束后，执行数据处理程序，程序读取同步信包的第一个字节，确认包的序号，此序号的范围是0～0xFF。如果此序号为0xFF，则说明是无效包，需要丢弃。如果此序号为0，则可能是首次采集得到的第一个同步数据包，直接存储此数据到图像帧；也可能是当前图像帧结束后开始的下一帧图像的第一个同步信包，则需要处理已经结束的当前帧图像，同时将当前帧设置为下一帧。至此得到了一帧图像数据。

　　2.3 图像数据的预编码

　　经过处理后的图像帧为S561格式数据，它是一种RGB格式的图像，无法被后续的图像编码器利用。常用的视频压缩标准(如H.263、MPEG4等)输入的视频数据为YUV420格式，所以必须对当前的S56l格式数据进行预编码，使之成为YUV420格式。因为算法比较复杂，在此不详细叙述，请参考文献[1]中bayer_decode( )函数的的源代码。至此，基于CH374的摄像头驱动完成。

　　3 设计心得

　　由于此USB主机基于低端嵌入式硬件系统，没有操作系统支持，也没有BUSHOUND类似的USB数据流分析软件支持，难以找到基于嵌入式平台USB同步传输参考程序，所以设计的难度很大。笔者的设计经验是重在参考程序的选择。

　　此课题的设计可以分成两个部分：一个是底层的CH374主机控制器驱动，主要包括没备探测和枚举(这部分程序的设计可以参考类似主机控制器的驱动程序，如Cypress公司的SL811HS芯片主机驱动程序[3])；另一部分是摄像头初始化、视频数据读取及处理程序，仅有的参考资料是Linux下的开源USB摄像头驱动。在设计过程中首先需要了解Linux设备驱动原理，很好地分析USB摄像头驱动之后才能有设计思路。

结 语

　　将本驱动加到已有的视频压缩程序中，通过网络传送视频到PC后播放，在大小为QVGA（160×120）的图像属性下，可以达到每秒7帧，基本满足了实际需要。基于CH374的USB摄像头驱动，提供了低成本嵌入式平台实现视频采集的方案，便利视频采集系统不再高不可攀，对视频监控的普及起到了积极作用。