基于ARM和CCD的视频采集模块驱动设计

DMA通道分别是：预览DMA通道和编码DMA通道，其中预览DMA通道用于液晶屏的显示，可以把YCbCr4：2：2格式的图像转换成RGB格式的数据，并存放于为预览DMA分配的内存中。编码通道用于图像的编解码处理，可以输出YCbCr4：2：0或YCbCr4：2：2格式到为编码DMA分配的内存中。

1.2 红外CCD摄像头和TVP5150视频解码器

系统中的红外CCD摄像头采用优质的1/3英寸SONYCCD芯片，优异的红外夜视功能，内置24颗红外灯，夜视距离达5～10 m。其技术参数：DC 12 V 220 mA，红外灯打开时DC 12 V 1 000 mA，420 TVL，像素频率27 MHz，输出PAL制式视频信号。

TVP5150是TI公司推出的一款超低功耗高性能视频解码器，可以对NTSC/PAL/SECAM各制式信号自动识别、切换、设置相应的寄存器，TVP5150解码器优化的架构使其正常工作时功耗仅115 mW，广泛应用于便携、批量大、高性能和高质量的视频产品中。TVP5150解码器有一个模拟输入通道，可以接受1路S—VIDEO信号或2路复合视频信号(CVBS)，红外CCD摄像头采集到的图像以每秒25帧的速度向TVP5150输出PAL制式的图像数据，TVP5150对输入的PAL制式信号进行自动识别并进行A/D转换，转换为符合ITU—R BT.656标准的8位数字YCbCr4：2：2信号。ITU —R BT.656是ITU—R BT.601附件A中的数字接口标准，ITU-R BT.656输出8位Y：Cb：Cr=4：2：2的数据格式，同步信号内嵌于数据流中串行输出，也可以单独引脚与数据流并行输出。TVP5150可以输出8位4：2：2的ITU—R BT.656信号或8位4：2：2的ITU—R BT.601信号，这和S3C6410的Camera模块的输入信号格式一致，为视频格式转换节省了大量工作，TVP5150解码器内部含有多个特殊功能寄存器，可被编程使用I2C串行接口，用户通过I2C总线设置外部视频解码芯片TVP5150的内部寄存器，从而设定工作状态。TVP5150芯片的原理图如图2所示。

2 驱动设计

本系统驱动主要包括两大部分：处理器S3C6410的Camera接口驱动和视频解码器驱动。Camera接口驱动为上层的应用程序提供了底层支持，遵循V4L2标准;视频解码器TVP5150驱动完成了I2C设备的注册，遵循I2C通讯协议，实现了读写内部寄存器的接口函数。

2.1 Camera接口驱动

V4L2(Video For TWO)是Linux内核中关于视频设备的API接口，主要用来对视频设备进行开关、采集、输出等操作。在嵌入式系统中多采用Linux作为其软件平台，V4L2是Linux2.6采用的内核驱动模型，与之前版本的V4L存在很大差别。V4L2使在Linux下开发视频设备驱动程序具有统一的接口规范，这套规范给驱动程序开发提供了清晰的模型和接口。应用程序处于最上层，硬件设备处于最下层，这套规范就处于中间层。在Linux2.6发行版之前此类规范都是V4L，它将所有的视频设备驱动程序都放在其管理中，为编程人员减少了大量的工作。

本方案采用Linux为操作系统，内核版本为3.0.1，相对之前的linux2.6.28而言，内核版本进行了升级，升级之后的linux3.0.1版本兼容了更多的硬件，修复了之前系统中的bug和某些资源的冲突问题，系统安全性能得到了显著提高。Camera接口驱动正是按照V4L2标准来完成的。s3c_time_core.c文件实现了设备的注册和大部分系统调用，是驱动的核心，v4l2接口的ioctl系统调用依靠s3c_time_v4l2.c来实现。

在Linux操作系统中，设备被映射为特殊的文件，设备驱动程序为各种设备提供一致的访问接口，应用程序通过调用open、close、rea d、write等函数去操作相应的设备文件来访问设备。open()函数用来打开视频文件设备;camera接口底层的读写用read()和write()实现;mmap()取代了以前的copy_to_user()方式，用内存映射方式把设备内存映射到应用程序内存中，从而直接处理设备内存;当video_device配置完毕，在s3c_time_probe()中通过video_register_device()函数完成注册。

2.2 TVP5150驱动

2.2.1 Linux下I2C驱动体系结构

I2C总线是由PHILIPS公司开发的微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准，用于连接微控制器及其外围设备，其最主要的特点是简单性和有效性。Linux系统中把I2C设备当作一个普通的字符设备来处理，对I2C设备具有很好的支持，Linux下的I2C体系结构分为3个组成部分：I2C核心、I2C总线驱动和I2C设备驱动。

I2C核心是内核用来维护和管理I2C的核心部分，提供了I2C总线驱动和设备驱动的注册，注销方法，I2C总线驱动是对I2C硬件体系结构中适配器端的实现，主要包含了I2C适配器数据结构i2c_adapter、I2C适配器的algorithm数据结构i2c_algorithm和控制I2C适配器产生通信信号的函数。I2C设备