Android项目总结5

作者: cg1991 | 来源:发表于2020-07-01 20:31 被阅读0次

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1、项目需求

项目整体的需求是Android盒子支持上下左右控制云台摄像头，还要能相对和绝对控制摄像头的位置。相对控制，意思就是按着左方向键不放，摄像头一直往左边转，到最大值为止，反之亦然；绝对控制，意思是每次按一下方向键，就转一个角度就停下来。

2、需求实现

最终选择通过定制Android kernel层的uvc代码，编译kernel，打包固件，刷机，编写上层App，从上到下打通控制流程。

3、灵感来源

验证Android盒子是否支持控制云台摄像头，只需要将摄像头连接到ubuntu虚拟机，通过ubuntu上面的工具即可以控制摄像头旋转，也就可以通过改造Android的kernel支持对应的功能。

之前的文章里面有提到过，使用uvcdynctrl工具，输入对应的指令就行，这里看看他的源码是怎么实现的：

https://github.com/llmike/v4l2-tools/blob/master/libwebcam-src-0.2.4/libwebcam/libwebcam.c

struct v4l2_control v4l2_ctrl = {
    .id     = control->v4l2_control,
    .value  = value->value
};
if(ioctl(v4l2_dev, VIDIOC_S_CTRL, &v4l2_ctrl)) {
    ret = C_V4L2_ERROR;
    set_last_error(hDevice, errno);
}

struct v4l2_control v4l2_ctrl = { .id = control->v4l2_control };
if(ioctl(v4l2_dev, VIDIOC_G_CTRL, &v4l2_ctrl)) {
    ret = C_V4L2_ERROR;
    set_last_error(hDevice, errno);
    goto done;
}
value->value    = v4l2_ctrl.value;

VIDIOC_S_CTRL和VIDIOC_G_CTRL的解释详见如下链接，一个用于设置参数，一个用于获取参数。

https://www.linuxtv.org/downloads/legacy/video4linux/API/V4L2_API/spec-single/v4l2.html#vidioc-g-ctrl

v4l2_control是两个操作中间的媒介，新的数据可以通过VIDIOC_S_CTRL传递这个结构体；当设置id之后，通过VIDIOC_G_CTRL，可以返回需要的数据。

这个id填什么参数呢？是struct uvc_control_mapping uvc_ctrl_mappings中对应的id，这个id就是具体摄像头支持的参数id，在设置之前先要查询摄像头支持的参数，只有它支持之后才能设置。

3.1 上层JNI代码编写

获取摄像头支持的控制参数：

jboolean queryControls(){
    jint canControl = 0;
    __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "设备号=%d" , fd);

    struct v4l2_queryctrl qctrl;
    qctrl.id = V4L2_CTRL_CLASS_CAMERA | V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL;
    int i = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCTRL, &qctrl);
    while (0 == i){
        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "开始查找");
        if (V4L2_CTRL_ID2CLASS(qctrl.id) != V4L2_CTRL_CLASS_CAMERA)
            continue;

        if(strcmp(qctrl.name , CONTROL_FLAG_PAN) == 0 || strcmp(qctrl.name , CONTROL_FLAG_TILT) == 0
                            || strcmp(qctrl.name , CONTROL_FLAG_ZOOM) == 0){
            ++canControl;
        }

        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "找到的控制函数是%s" , qctrl.name);
        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "继续查找");
        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "id = %d" , qctrl.id);
        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "Next_Ctrl = %x" , V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL);
        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "Camera_Class = %x" , V4L2_CTRL_CLASS_CAMERA);

        qctrl.id |= V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL;

        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "id+ = %x" , qctrl.id);

        i = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCTRL, &qctrl);
        if(i != 0){
            __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG,"uvcioc ctrl add error: errno=%d (reason=%s)\n", errno,strerror(errno));
        }
    }
    //如果存在ptz控制的话，应该会有Pan,Tilt,Zoom字符串，变量自加三次
    return canControl == 3;
}

获取某个id当前对应的值：

int getControlValue(int controlId){
    //an array of v4l2_ext_control
    struct v4l2_ext_control clist[1];
    struct v4l2_ext_controls ctrls;

    memset(&clist, 0, sizeof(clist));
    memset(&ctrls, 0, sizeof(ctrls));

    clist[0].id    = controlId;
    clist[0].value = 0;

    //v4l2_ext_controls with list of v4l2_ext_control
    ctrls.ctrl_class = V4L2_CTRL_CLASS_CAMERA;
    ctrls.count = 1;
    ctrls.controls = clist;

    //read back the value
    if (-1 == xioctl (fd, VIDIOC_G_EXT_CTRLS, &ctrls))
    {
        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR,TAG,"get current value failed fd = %d,reason=%s" , fd,strerror(errno));
        return -1;
    }
    __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR,TAG,"get before value success , %d" , clist[0].value);
    return clist[0].value;
}

设置某个参数的值，也就是开始控制摄像头左右上下转动了：

int startControl(int controlId , int value){
    //an array of v4l2_ext_control
    struct v4l2_ext_control clist[1];
    struct v4l2_ext_controls ctrls;
    CLEAR(clist);
    CLEAR(ctrls);
    
    clist[0].id    = controlId;
    clist[0].value = value;
    
    //v4l2_ext_controls with list of v4l2_ext_control
    ctrls.ctrl_class = V4L2_CTRL_CLASS_CAMERA;
    ctrls.count = 1;
    ctrls.controls = clist;
    
    int result = xioctl(fd, VIDIOC_S_EXT_CTRLS, &ctrls);
}

v4l2_ext_control对应的value值应该按照协议文档中对值的定义来传，比如左右绝对控制的值对应的是转动的角度；左右相对控制分为四位，每一个位表示不同的控制方式，需要按照不同的id传递不同的值。

v4l2_ext_controls可以在一个id下同时要控制多个参数，具体详见：
https://www.linuxtv.org/downloads/legacy/video4linux/API/V4L2_API/spec-single/v4l2.html#v4l2-ext-control。

4、底层定制

上边的代码写好了之后，可以先选取某个非控制左右上下转动的id试一下，看看能否正确控制，然后再去调试pan，tilt功能。

一般情况下要和摄像头厂商配合联调，因为摄像头厂商的固件也要适配UVC协议。其中UVC协议版本是个大问题，在Android kernel中查看UVC版本的地方在：

goldfish\drivers\media\usb\uvc\uvcvideo.h

#define DRIVER_VERSION      "1.1.1"

如果kernel中UVC版本与摄像头固件UVC版本不一致，会导致控制位不匹配，导致控制返回失败。

到这里可以知道摄像头的固件版本，支持的控制参数，从而可以知道盒子Android底层kernel的定制方向了。当前项目的定制方向是添加pan和tilt的相对控制能力。定制流程如下：

goldfish\include\uapi\linux\v4l2-controls.h

在这个文件中相对控制的速度：

#define V4L2_CID_PAN_SPEED (V4L2_CID_CAMERA_CLASS_BASE+32)
#define V4L2_CID_TILT_SPEED (V4L2_CID_CAMERA_CLASS_BASE+33)

goldfish\drivers\media\v4l2-core\v4l2-ctrls.c

文件中添加相对控制速度的描述：

const char *v4l2_ctrl_get_name(u32 id)
{
    case V4L2_CID_PAN_SPEED: return "Pan, Speed";
    case V4L2_CID_TILT_SPEED: return "Tilt, Speed";
}

goldfish\drivers\media\usb\uvc\uvc_ctrl.c

这个文件是核心的控制文件，里面包含了设置和获取的方法，最终都到这个文件中实现，在这里我们需要添加相对控制的方法：

#define UVC_CTRL_RELATIVE_PAN 10094852
#define UVC_CTRL_RELATIVE_TILT 10094853
#define UVC_CTRL_RELATIVE_ZOOM 10094863

static struct uvc_control_info uvc_ctrls[] = {
    static struct uvc_control_mapping uvc_ctrl_mappings[] = {
    {
         .id = V4L2_CID_PAN_RELATIVE,
         .name = "Pan (Relative)",
         .entity = UVC_GUID_UVC_CAMERA,
         .selector = UVC_CT_PANTILT_RELATIVE_CONTROL,
         .size = 16,
         .offset = 0,
         .v4l2_type = V4L2_CTRL_TYPE_INTEGER,
         .data_type = UVC_CTRL_DATA_TYPE_SIGNED,
         .get = uvc_ctrl_get_rel_speed,
         .set = uvc_ctrl_set_rel_speed,
     },
     {
        .id = V4L2_CID_TILT_RELATIVE,
        .name = "Tilt (Relative)",
        .entity = UVC_GUID_UVC_CAMERA,
        .selector = UVC_CT_PANTILT_RELATIVE_CONTROL,
        .size = 16,
        .offset = 16,
        .v4l2_type = V4L2_CTRL_TYPE_INTEGER,
        .data_type = UVC_CTRL_DATA_TYPE_SIGNED,
        .get = uvc_ctrl_get_rel_speed,
        .set = uvc_ctrl_set_rel_speed,
     },
    }
}

static __s32 uvc_ctrl_get_rel_speed(struct uvc_control_mapping *mapping,
 __u8 query, const __u8 *data)
{
    int first = mapping->offset / 8;
    __s8 rel = (__s8)data[first];

    switch (query) {
     case UVC_GET_CUR:
     return (rel == 0) ? 0 : (rel > 0 ? data[first+1]
     : -data[first+1]);
     case UVC_GET_MIN:
     return -data[first+1];
     case UVC_GET_MAX:
     case UVC_GET_RES:
     case UVC_GET_DEF:
     default:
     return data[first+1];
    }
}

static void uvc_ctrl_set_rel_speed(struct uvc_control_mapping *mapping,
 __s32 value, __u8 *data)
{
    int first = mapping->offset / 8;

    data[first] = value == 0 ? 0 : (value > 0) ? 1 : 0xff;
    data[first+1] = min_t(int, abs(value), 0xff);
}

在映射集合里面添加相对控制参数，还要添加控制和获取速度的方法。

到这里上层编写和底层定制基本完成。

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