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                        Android操作系統攝像頭HAL封裝技術

                        添加時間:2019/07/30 來源:北方工業大學 作者:梁宗希
                        本章主要介紹了相關的Linux2.6,Android2.3的新特性,詳細說明了作為實驗載體的Smart210開發板的各類參數和ov9650的參數,介紹了設計的s5pv210HAL模塊的編譯方法,并且給出了測試結果,實驗結果證明,本文關于Android下Linux攝像頭驅動的HAL封裝方法正確可靠。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘要

                          隨著Android系統的推廣,手機、移動設備以及各種智能終端大量釆用Android作為操作系統。在Android系統當中,camera HAL (硬件抽象層)是聯系上層攝像頭接口與下層Linux攝像頭驅動的紐帶,它的設計好壞,直接影響到攝像頭功能的發揮,F今,很多Android硬件廠商如三星、高通等都有自己的camera HAL代碼,但是由于它們的HAL閉源,并且鮮見對Android攝像頭HAL開發進行深入研宄的論文,使得普通開發者無從研究HAL,這給在Android下提高攝像頭效能和進一步開發攝像頭程序帶來了很大的困難。

                          鑒于上述現狀,本文首先在Linux系統下,根據開源的攝像頭驅動程序,設計和優化了 ov/9650驅動、FIMC驅動、i2c驅動,提出了 Linux攝像頭驅動與Android HAL開發的一體化架構,然后,通過對Camera子系統的深入分析研宄,提出了一種Android camera HAL的封裝方法,設計并實現了一個s5pv210HAL模塊,有了該模塊,Android系統中上層應用程序通過一系列的調用,最終會調用到設計的HAL模塊,HAL模塊會調用Linux V4I2接口并最終調用攝像頭驅動,使攝像頭正常工作,實驗結果證明,提出的HAL封裝方法正確可靠,設計的s5pv210模塊能夠保證攝像頭的正常工作。

                          關鍵詞:Linux攝像頭驅動;0V9650; Android硬件抽象層;Android HAL封裝設計

                        ABSTRACT

                          With the popularization of Android system, many cell phones, mobile devices, as well as all kinds of intelligent terminals begin to use Android system as the operating system. In the Android system,camera HAL is the bridge to connect the upper camera interface and lower Linux camera drivers,which can directly affect the duality of the camera function. Nowadays, many Android hardware manufacturers such as Samsung, Qualcomm all have their own HAL code, while, because their source code of HAL is closed and rare papers discuss about the development of Android camera HAL in-depth,it makes ordinary developers barely improve camera performance and further development.

                          In view of the above situation, the paper firstly designed and optimized the ov9650 camera driver,FIMC driver, i2c driver according to the open source Linux camera driver, put forward a unified architecture of Linux camera driver and Android HAL development. Secondly, through the deep study of camera sub-system, the paper put forward an Android camera driver HAL encapsulation method and designed an s5pv210 HAL module, with this module, the upper application layer can finally invoke the Linux camera driver and make the camera regular work. The experiment results show that the proposed HAL method is correct and reliable, the designed s5pv210 module can guarantee the normal operation of the camera.

                          KEY WORDS: Linux camera driver; OV9650; Android HAL; Android HAL encapsulation methods

                          Android操作系統,是以Linux內核為基礎,并在其上搭建若干框架層之后所建立的操作系統,Android操作系統一經推出,便以其易用、美觀、穩定等特性吸引了大量的用戶。隨著近年來Android智能操作系統在全球掀起熱潮,越來越多的用戶、開發者選擇在Android平臺下進行業務的操作和軟件的開發。

                          在Android系統問世之前,嵌入式領域由Linux WinCE等幾家公司共享,但是,隨著Android智能操作系統不斷快速發展和完善,越來越多的嵌入式設備開始使用Android操作系統,Android逐漸成為最主流的操作系統了。本來,Android操作系統是以Li~內核為基礎,Linux下豐富的資源應該成為Android發展的一大優勢,但是,Google為了保護照顧硬件廠商的利益,在Linux內核與Android上層框架之間另外加了一層硬件抽象層(Hardware Abstract Layer ),這就為Linux下的資源直接在Android下利用帶來了巨大的不便。

                          本課題的意義在于研究Android下Camera HAL的具體封裝方法,設計一個HAL模塊,使其過程透明化,為個人開發者研究攝像頭硬件抽象層提供一種思路,為移植Linux的驅動資源到Android做好準備。

                          現今,硬件的更新速度越來越快,在嵌入式系統當中,更換硬件之后,往往造成原有操作系統內部驅動無法支持新的硬件,目前,很多嵌入式設備都開始使用Android操作系統,Android系統當中的硬件抽象層,封裝了硬件驅動的具體實現細節,是控制Android系統硬件資源正常工作的核心。

                          目前,在Android操作系統下,只有部分比較有實力的大型硬件廠商有自己的硬件抽象層代碼,并且這些代碼處于閉源的狀態。Android操作系統雖然提供了HAL的封裝接口,但是很少看到專門對于具體的驅動進行HAL封裝的實例,因此,很少有個人用戶能夠獨立的進行HAL模塊的開發,這給獨立開發者移植硬件驅動資源資源到Android以及優化硬件系統帶來了很大的不便。

                          隨著越來越多的個性化需求出現,許多開發者開始關注硬件抽象層,并試圖去嘗試各種開源的封裝方法,隨著研究的不斷深入,相信未來對于硬件抽象層的研究會越來越完善和深入。

                          課題工作主要包含了兩個設計和一個研究,Linux攝像頭驅動設計以Linux下開源驅動為基礎,對其進行了修改設計和優化,HAL設計重點展示了攝像頭硬件抽象層的具體封裝方法,提供了一種有效的HAL封裝思路,HAL模塊的開發與設計是本課題的重點,一個研究是對Camera子系統的研究,主要集中在了系統框架分析和Binder進程間通訊機制分析,這是正確封裝HAL不可或缺的一環,這是本課題的難點。

                          第一章:從整體上介紹了本課題狀況,包括背景與意義,敘述課題研究領域在國內外的發展現狀,總結本文所做的工作。

                          第二章:重點分析和研究了Android系統下的Camera子系統,分析了其總體框架、調用流程,研究了Binder進程間通訊機制,分析了HAL的封裝規范。

                          第三章:在原有Linux攝像頭驅動的基礎之上,設計并優化了ov9650驅動,FIMC驅動,i2c驅動,進行了Linux攝像頭驅動與Android HAL開發的一體化設計。

                          第四章:進行了Linux攝像頭驅動在Android下的HAL模塊的設計,首先提出了一種可行的函數封裝方法,然后設計了一個s5pv210模塊,它有三個線程,由于三個線程封裝方法類似,本課題具體實現了其中的預覽線程。

                          第五章:系統試驗,首先詳細介紹了本課題的開發環境,然后詳細講解了實驗步驟,給出了實驗結果。

                          第六章:總結與展望。

                        Android操作系統攝像頭HAL封裝技術:

                        Smart210核心板
                        Smart210核心板

                        Smart210 底板
                        Smart210 底板

                        OV9650功能模塊
                        OV9650功能模塊

                        編譯HAL過程
                        編譯HAL過程

                        Linux攝像頭驅動加載
                        Linux攝像頭驅動加載

                        ov9650預覽效果(視頻分辨率800*480)
                        ov9650預覽效果(視頻分辨率800*480)

                        目錄

                          摘要
                          1.引言
                            1.1 本課題研究的背景和意義
                            1.2 本課題在國內外的發展現狀
                            1.3 本文所做的工作
                          2. Android操作系統中的Gamera子系統及HAL模塊相關
                            2.1 Camera子系統的總體架構
                            2.2 Binder進程間通信機制
                              2.2.1 Binde。進程間通訊庫
                            2.3 Camera子系統中的C/S結構
                              2.3.1 Client端
                                2.3.1.1 ICameraClient
                                2.3.1.2 Camera
                                2.3.1.3 ICamera
                                2.3.1.4 ICameraService
                              2.3.2 Server端
                              2.3.3 Camera 子系統所使用到的HAL
                            2.4 Android中的HAL及其封裝規范
                            2.5 HAL的封裝
                              2.5.1 HAL模塊文件的命名
                              2.5.2 HAL模塊結構體定義規范
                                2.5.2.1 hw module t的定義
                                2.5.2.2 hw module methods t
                                2.5.2.3 hw device t
                            2.6 HAL的加載
                            2.7 本章小結
                          3. Linux攝像頭驅動的設計與優化
                            3.1 Linux攝像頭模塊與Android HAL的一體化設計
                              3.1.1 V4L2驅動程序架構
                              3.1.2一體化設計總體方案
                            3.2 12C驅動的設計
                            3.3 FIMC驅動的設計與Linux攝像頭模塊的優化
                            3.4 本章小結
                          4. Linux攝像頭驅動在Android下的HAL設計
                            4.1 HAL模塊的總體設計
                            4.2 s5pv210 HAL模塊的實現
                            4.3 本章小結
                          5.系統試驗
                            5.1 Linux 2.5特性
                            5.2 Android 2.3特性
                            5.3 搭載s5pv210芯片的Smart210開發板
                              5.3.1 s5pv210簡介
                              5.3.2 Smart210開發板特性
                              5.4 ov9650攝像頭特性
                            5.5 編譯HAL模塊
                            5.6 實驗結果
                            5.7 本章小結
                          6.總結與展望
                          參考文獻
                          申請學位期間的研究成果及發表的學術論文
                          致謝

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