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<head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8"/><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"/><meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge"/><meta name="description" content="本模块源代码在内核目录 linux-5.4/drivers/media/platform/artinchip 下，目录结构如下： drivers/media/platform/artinchip/ ├── aic_buf.c // 和 buf 管理相关的处理代码 ├── aic_dvp.c // DVP 驱动的初始化入口，主要实现了 probe、Notifier 接口 ├── aic_dvp.h ..."/><meta name="DC.rights.owner" content="(C) 版权 2025"/><meta name="copyright" content="(C) 版权 2025"/><meta name="generator" content="DITA-OT"/><meta name="DC.type" content="concept"/><meta name="DC.contributor" content="yan.wang"/><meta name="DC.date.modified" content="2024-12-02"/><meta name="DC.format" content="HTML5"/><meta name="DC.identifier" content="dvp_design_intro"/><meta name="DC.language" content="zh-CN"/><title>设计说明</title><!-- Build number 2023110923. --><meta name="wh-path2root" content="../../../"/><meta name="wh-toc-id" content=""/><meta name="wh-source-relpath" content="topics/sdk/dvp/dvp_design.dita"/><meta name="wh-out-relpath" content="topics/sdk/dvp/dvp_design.html"/>
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<div class=" wh_topic_content body "><main role="main"><article class="- topic/topic concept/concept topic concept" role="article" aria-labelledby="ariaid-title1"><span class="edit-link" style="font-size:12px; opacity:0.6; text-align:right; vertical-align:middle"><a target="_blank" href="http://172.16.35.88/tasks/jdssno1uvvbf2mltu9kb9v3if05d5gopuakboe8hlud18rma/edit/F:/aicdita/aicdita-cn/topics/sdk/dvp/dvp_design.dita">Edit online</a></span><h1 class="- topic/title title topictitle1" id="ariaid-title1">设计说明</h1><div class="date inPage">2 Dec 2024</div><div style="color: gray;">
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Read time: 3 minute(s)
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</div><div class="- topic/body concept/conbody body conbody"><div class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e22__20250121171805">本模块源代码在内核目录
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<span class="+ topic/ph sw-d/filepath ph filepath">linux-5.4/drivers/media/platform/artinchip</span>下，目录结构如下：<pre class="+ topic/pre pr-d/codeblock pre codeblock language-c" id="dvp_design_intro__pre_lg2_vzg_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__pre_lg2_vzg_d1c">drivers/media/platform/artinchip/
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├── aic_buf.c <em class="hl-comment">// 和 buf 管理相关的处理代码</em>
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├── aic_dvp.c <em class="hl-comment">// DVP 驱动的初始化入口，主要实现了 probe、Notifier 接口</em>
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├── aic_dvp.h <em class="hl-comment">// DVP 驱动共用的头文件，其中定义了寄存器、共用数据结构、全局函数等</em>
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├── aic_dvp_hw.c <em class="hl-comment">// 对寄存器的访问封装</em>
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├── aic_video.c <em class="hl-comment">// 和 L2 框架强相关的一些接口定义，如 ops、ioctl_ops 的接口实现等</em>
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├── Kconfig
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└── Makefile</pre></div><section class="- topic/section section" id="dvp_design_intro__section_wwl_b1h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__section_wwl_b1h_d1c"><h2 class="- topic/title title sectiontitle">V4L2 软件框架</h2>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e34__20250121171805">Linux 中的 V4L2 框架是一个专门为视频输入输出设备而设计的成熟方案，DVP 驱动需要基于 V4L2。</p>
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<div class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e37__20250121171805">
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<figure class="- topic/fig fig fignone" id="dvp_design_intro__fig_rkz_41h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__fig_rkz_41h_d1c"><br/><div class="imagecenter"><img class="- topic/image image imagecenter" id="dvp_design_intro__image_xwl_b1h_d1c" src="../../../images/dvp/v4l2_system.jpg" alt="v4l2_system"/></div><br/><figcaption data-caption-side="bottom" class="- topic/title title figcapcenter"><span class="figtitleprefix fig--title-label">图<span class="fig--title-label-number"> 1</span><span class="fig--title-label-punctuation">. </span></span><span class="fig--title">Linux V4L2 子系统架构图</span></figcaption></figure>
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</div>
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<ol class="- topic/ol ol" id="dvp_design_intro__ol_ywl_b1h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__ol_ywl_b1h_d1c"><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e48__20250121171805">
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<div class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e50__20250121171805">V4L2，Video For Linux 第 2 版，最早出现在 1998 年，一个针对无线广播（收音机）、视频捕获、视频输出设备的通用框架，源码目录
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<span class="+ topic/ph sw-d/filepath ph filepath">drivers/media/v4l2-core</span>。V4L2 中支持的 5 大类接口设备：<ul class="- topic/ul ul" id="dvp_design_intro__ul_axl_b1h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__ul_axl_b1h_d1c"><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e56__20250121171805">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e58__20250121171805">Video capture interface：影像捕获接口。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e61__20250121171805">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e63__20250121171805">Video output interface：视频输出接口，主要用于电视信号类。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e66__20250121171805">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e68__20250121171805">Video overlay interface：视频覆盖接口，方便视频显示设备直接从捕获设备上获取数据。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e71__20250121171805">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e73__20250121171805">VBI interface：垂直消隐接口，可提供垂直消隐区的数据接入，包括 raw 和 sliced 两种。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e76__20250121171805">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e78__20250121171805">Radio interface：广播接口，主要是从 AM 或 FM 调谐器中获取音频数据。</p>
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</li></ul></div>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e82__20250121171805">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e84__20250121171805">V4L2 为用户空间提供了字符设备的通用接口，设备节点 /dev/videoX，主设备号 81，次设备号的分配跟设备类型有关，规则定义如下：</p>
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<div class="table-container"><table class="- topic/table table frame-all" id="dvp_design_intro__table_dxl_b1h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__table_dxl_b1h_d1c" data-cols="2"><caption></caption><colgroup><col style="width:50%"/><col style="width:50%"/></colgroup><thead class="- topic/thead thead"><tr class="- topic/row"><th class="- topic/entry entry colsep-1 rowsep-1" id="dvp_design_intro__table_dxl_b1h_d1c__entry__1">设备类型</th><th class="- topic/entry entry colsep-0 rowsep-1" id="dvp_design_intro__table_dxl_b1h_d1c__entry__2">次设备号</th></tr></thead><tbody class="- topic/tbody tbody"><tr class="- topic/row"><td class="- topic/entry entry colsep-1 rowsep-1" headers="dvp_design_intro__table_dxl_b1h_d1c__entry__1">视频设备</td><td class="- topic/entry entry colsep-0 rowsep-1" headers="dvp_design_intro__table_dxl_b1h_d1c__entry__2">0~63</td></tr><tr class="- topic/row"><td class="- topic/entry entry colsep-1 rowsep-1" headers="dvp_design_intro__table_dxl_b1h_d1c__entry__1">Radio 设备</td><td class="- topic/entry entry colsep-0 rowsep-1" headers="dvp_design_intro__table_dxl_b1h_d1c__entry__2">64~127</td></tr><tr class="- topic/row"><td class="- topic/entry entry colsep-1 rowsep-1" headers="dvp_design_intro__table_dxl_b1h_d1c__entry__1">Teletext 设备</td><td class="- topic/entry entry colsep-0 rowsep-1" headers="dvp_design_intro__table_dxl_b1h_d1c__entry__2">192~233</td></tr><tr class="- topic/row"><td class="- topic/entry entry colsep-1 rowsep-0" headers="dvp_design_intro__table_dxl_b1h_d1c__entry__1">VBI 设备</td><td class="- topic/entry entry colsep-0 rowsep-0" headers="dvp_design_intro__table_dxl_b1h_d1c__entry__2">224~255</td></tr></tbody></table></div>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e119__20250121171805">用户态 APP 通过 ioctl 控制 video 设备，通过 mmap 进行内存映射。在/dev 目录中会产生 videoX、radioX 和 vbiX
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设备节点。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e122__20250121171805">在 V4L2 框架中，将每一个 Sensor、DVP 硬件设备都看作一个 subdev，相应的有一个字符设备节点
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/dev/v4l-subdevX，用户态通过这些节点的 ioctl 接口可以完成 subdev 的格式协商、时序配置等功能。</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e124__20250121171805">Notifier 子模块是为了解决多个设备之间的初始化顺序、以及媒体流对接的匹配检查，如 DVP 需要等 Sensor 初始化完成后，才能去真正完成 video
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device 的注册。可见，DVP 和 Sensor 要有一个绑定的关系，这个关系是由 DTS 中的 remote-endpoint 来指定的。Notifier
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会调用 Fwnode 系列接口来解析和获取 remote-endpoint 的属性字段。</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e126__20250121171805">为了进行数据流的管理，V4L2 维护了一个 device 链表，每一个 video device、V4L2 device、V4L2-subdev 都是一个
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Media device 实例，这些 Media device 在数据结构的设计上第一个成员变量都是一个 struct media_entity，其中有
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list_head 成员，借此互相链接起来。见下一节详述。</li></ol>
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</section><section class="- topic/section section" id="dvp_design_intro__section_cyl_b1h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__section_cyl_b1h_d1c"><h2 class="- topic/title title sectiontitle">V4L2 的 Buf 队列管理</h2>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e134__20250121171805">V4L2 的 Buffer 管理由 videobuf 子模块实现，从源头看分为两种方式的 Buffer：</p>
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<ol class="- topic/ol ol" id="dvp_design_intro__ol_dyl_b1h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__ol_dyl_b1h_d1c"><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e138__20250121171805">驱动申请 Buffer<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e140__20250121171805">用户态通过 VIDIOC_REQBUFS ioctl 命令触发 Buffer 申请，然后使用 mmap 接口来获取用户态的
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Buffer 地址。这种方式，Buffer 个数一般有个最大值 32 VIDEO_MAX_FRAME。</p></li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e142__20250121171805">用户态申请 Buffer<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e144__20250121171805">用户态根据实际需要知道要申请多少 Buffer，然后借助其他机制（可以是 dma-buf）在用户态完成
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Buffer（当然必须是物理连续的）申请，并将物理地址告诉 Video 驱动。</p></li></ol>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e147__20250121171805">按照 Buffer 的物理连续，又可以分为三种情况：（详见
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<span class="+ topic/ph sw-d/filepath ph filepath">Documentationmediakapiv4l2-videobuf.rst</span>）</p>
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<ol class="- topic/ol ol" id="dvp_design_intro__ol_gyl_b1h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__ol_gyl_b1h_d1c"><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e154__20250121171805">物理连续、不连续的 Buffer 混用<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e156__20250121171805">几乎所有用户空间的 Buffer 都属于这种情况，这样最大可能的发挥虚拟内存管理的灵活性。缺点也很明显，这些
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Buffer 给硬件的话需要有支持 scatter 的 DMA。</p></li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e158__20250121171805">物理不连续、虚拟地址连续的 Buffer<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e160__20250121171805">它们由 vmalloc()分配，也用于支持 scatter 接口的 DMA 硬件。</p></li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e162__20250121171805">物理连续的 Buffer<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e164__20250121171805">非常适合 DMA 类硬件的访问。</p></li></ol>
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<div class="- topic/note note note note_note" id="dvp_design_intro__note_y3h_gch_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__note_y3h_gch_d1c"><span class="note__title">注：</span>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e170__20250121171805">驱动开发者必须三选一，对于我们的 DVP 模块来说，要选择 3。并且底层用到 dma-buf。</p>
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</div>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e174__20250121171805">V4L 第二版不再支持 Overlay 类型，而 V4L 第一版不支持 DMABUF 类型。</p>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e177__20250121171805">V4L2 在数据流传输的时候需要多个 Buf 切换，通过 struct vb2_queue 结构中的 Qbuf 两个 Buf 队列来管理，DVP 驱动中还需要维护一个
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buf_list 来配合 DVP 控制器的地址更新。整个 Buf 流转的过程如下图：</p>
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<div class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e180__20250121171805">
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<figure class="- topic/fig fig fignone" id="dvp_design_intro__fig_npb_d1h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__fig_npb_d1h_d1c"><br/><div class="imagecenter"><img class="- topic/image image imagecenter" id="dvp_design_intro__image_kyl_b1h_d1c" src="../../../images/dvp/dvp_buf_list.jpg" alt="dvp_buf_list"/></div><br/><figcaption data-caption-side="bottom" class="- topic/title title figcapcenter"><span class="figtitleprefix fig--title-label">图<span class="fig--title-label-number"> 2</span><span class="fig--title-label-punctuation">. </span></span><span class="fig--title">DVP 驱动中的 Buf 队列管理</span></figcaption></figure>
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</div>
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<ul class="- topic/ul ul" id="dvp_design_intro__ul_lyl_b1h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__ul_lyl_b1h_d1c"><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e191__20250121171805">Qbuf 队列（在代码中见 struct vb2_queue->queued_list）：是一些空闲 Buf，等待 Sensor 的数据到来后，DVP
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驱动会从这个队列中找可用 Buf 来保存下一帧数据。</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e193__20250121171805">DQbuf 队列（在代码中见 struct vb2_queue->done_list）：是一些填了视频数据的
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Buf，等待用户来处理这些数据，一般用户处理完后需要将 Buf 还给驱动，也就是还给 Qbuf。</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e195__20250121171805">从 Qbuf 和 DQbuf 来的 buf 格式是 buffer，其中没有字段可以保存物理地址（DVP 控制器需要），同时还需要为每个 buf
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记录一个是否正在被 DVP 使用的状态，所以 DVP 驱动中定义了基于 vb2_buffer 结构的封装 buffer，并且维护一个和 Qbuf
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几乎同步的队列。</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e197__20250121171805">从图中的流转过程看，运行期间，在某一时刻，DVP 需要使用一个 Buf，APP 需要使用一个 Buf，QBuf 需要有一个 Buf 在等待（否则 DVP 的
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done 中断来了后发现没有等待的 Qbuf 会发生丢帧），一共至少要有 3 个 Buf。</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e199__20250121171805">以 YUV422 格式计算，有两个 plane，在 L2 框架中这一组 plane 算一个 Buf，3 个 Buf 就需要申请 6 个
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plane，<code class="+ topic/ph pr-d/codeph ph codeph">总大小 = 长 * 宽 * 2 * 3</code>。</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e204__20250121171805">DVP 驱动中需要定义一个 queue 实例，Video device 中会有一个指针*queue 指向该实例。</li></ul>
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</section><section class="- topic/section section" id="dvp_design_intro__section_myl_b1h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__section_myl_b1h_d1c"><h2 class="- topic/title title sectiontitle">DVP 驱动的子模块结构</h2>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e212__20250121171805">基于以上对 V4L2 框架的分析，DVP 驱动内部可以分为以下 5 个子模块：</p>
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<div class="- topic/p p" data-ofbid="d300194e215__20250121171805">
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<figure class="- topic/fig fig fignone" id="dvp_design_intro__fig_bzw_b1h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__fig_bzw_b1h_d1c"><br/><div class="imagecenter"><img class="- topic/image image imagecenter" id="dvp_design_intro__image_nyl_b1h_d1c" src="../../../images/dvp/dvp_drv_structure.jpg" alt="dvp_drv_structure"/></div><br/><figcaption data-caption-side="bottom" class="- topic/title title figcapcenter"><span class="figtitleprefix fig--title-label">图<span class="fig--title-label-number"> 3</span><span class="fig--title-label-punctuation">. </span></span><span class="fig--title">DVP 驱动的子模块结构</span></figcaption></figure>
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<ul class="- topic/ul ul" id="dvp_design_intro__ul_oyl_b1h_d1c" data-ofbid="dvp_design_intro__ul_oyl_b1h_d1c"><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e226__20250121171805">Video Dvice 管理，主要实现和 device 相关的注册、ioctl 处理。</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e228__20250121171805">Notifier 管理，主要处理和 Sensor 设备的初始化次序的依赖关系。</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e230__20250121171805">Buf 管理，主要实现 Buf 的入队、出队，以及在中断响应时切换 DVP 控制器的输出地址等。</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e232__20250121171805">Subdev 管理，主要实现输入格式相关的接口。</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d300194e234__20250121171805">寄存器访问，封装了对 DVP 控制器寄存器的读写访问。</li></ul>
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</section></div></article></main></div>
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<div class=" wh_topic_toc "><div class="wh_topic_label">在本页上</div><ul><li class="section-item"><div class="section-title"><a href="#dvp_design_intro__section_wwl_b1h_d1c" data-tocid="dvp_design_intro__section_wwl_b1h_d1c">V4L2 软件框架</a></div></li><li class="section-item"><div class="section-title"><a href="#dvp_design_intro__section_cyl_b1h_d1c" data-tocid="dvp_design_intro__section_cyl_b1h_d1c">V4L2 的 Buf 队列管理</a></div></li><li class="section-item"><div class="section-title"><a href="#dvp_design_intro__section_myl_b1h_d1c" data-tocid="dvp_design_intro__section_myl_b1h_d1c">DVP 驱动的子模块结构</a></div></li></ul></div>
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Update Time: 2025-01-21
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