摘要：介绍了嵌入式Linux系统中USB设备驱动程序开发的基本原理，通过分析USB驱动程序开发的程序框架和重要数据结构，实现了USB摄像头的嵌入式Linux驱动程序，并在S3C2440的平台上实现了图像采集。
关键词：嵌入式Linux；驱动程序；USB摄像头
中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2013）001-0093-03
0引言
在我们今天的生活中，摄像头广泛应用于视频聊天以及视频实时监控中。世面上摄像头种类繁多，其中USB接口的摄像头价格便宜，性能也很高，因而更适宜推广使用。
主控和传感芯片是摄像头的重要部件。主控芯片负责图像采集、压缩以及与主机进行信息传递。通过摄像头进行图像采集，同时摄像头与嵌入式模块连接，通过嵌入式模块上的无线网卡把采集的图像发送出去。嵌入式模块上使用的是Linux系统，嵌入式Linux系统的源代码方便开发，内核运行稳定并具有可裁减性，对大多数硬件都可以支持，是嵌入式系统领域最重要的操作系统。
本文重点分析了USB摄像头驱动模块的整体结构及驱动程序的实现。
1Linux设备驱动的基本概念
设备驱动程序是一种可以使计算机和设备进行通信的特殊程序，可以说相当于硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备的工作，假如某设备的驱动程序未能正确安装，便不能正常工作。应用程序把硬件设备看作是一个设备文件，这样它对硬件设备进行操作就可以像操作普通文件一样。设备驱动程序被看作是内核的构成部分，其完成的功能有：设备的初始化和释放、数据从内核到硬件、从硬件读取数据、接收应用程序传送给设备文件的数据，返回其请求的数据。
Linux内核对外围设备控制操作是通过驱动程序来完成，所以每个设备都需要有驱动程序，否则设备将无法正常工作。
4结语
对中国象棋的文化底蕴进行研究，设计并制作象棋多媒体学习软件，内容涉及象棋文化、口诀、技巧、各棋子基本走法、经典棋局、大师风采等方面，能够丰富人们的精神生活，普及传统文化，发扬中华文明。
象棋多媒体学习软件界面美观，多种媒体效果丰富，交互性强，内容易扩充。适用于不同年龄段、不同就学阶段、不同工作岗位的人群，适用范围广。既可用于象棋自学，也可用于象棋培训。
目前，象棋软件主要为实战型，以博弈为主，面向的对象为精通象棋棋艺的人群，象棋多媒体学习软件面向的对象为普通大众，操作简单，使用者可以通过该软件，熟悉象棋文化，掌握下棋方法和技巧，了解象棋大师和经典棋局，更易于普及和推广中国象棋及其文化，促进象棋竞技的发展。
参考文献：
[1]李松福.象棋史话[M].北京：人民体育出版社，1981.
[2]郭志菊，李树新.象棋文化熟语语义解构[J].汉字文化，2002（2）.
[3]丁桂兴.象棋运动好处多[J].教育与管理，2009（12）.
[4]刘殿中.象棋实战指南/象棋新编教程[M].北京：北京体育大学出版社，2003.
[5]程明松.中国象棋谱大全[M].成都：蜀蓉棋艺出版社，2003.
[6]李京文.Authorware案例教程[M].北京：中国水利水电出版社，2010.
[7]缪亮.多媒体技术实用教程[M].北京：清华大学出版社，2007.
（责任编辑：孙娟）
2Linux2.6下USB摄像头驱动的实现
2.1USB驱动程序框架
Linux系统里，每一个完备的USB驱动程序都是由USBCore、USB主控制器驱动（HCD）和USB设备驱动3部分组成，其层次关系如图1所示。其中，USBcore完成一些重要的功能，它初始化整个USB系统，申请structbus_typeusb_bus_type结构体，然后扫描USB总线，并为连接的USB设备分配一个structdevice。主机控制器驱动（HCD）必须位于USB软件的最底层，HCD提供主机控制器硬件的抽象，隐藏硬件的细节，在主机控制器之下是物理的USB及所有与之连接的USB设备。而HCD只对USBcore负责。USBcore将用户的请求映射到相关的HCD，用户不能直接访问HCD。
图1USB子系统各模块层次关系
2.2USB摄像头驱动程序编写
驱动程序的编写是要为应用程序提供其可调用的open、read、write、ioctrl。在驱动程序中，依据设备功能的要求对file_operations的函数实现尤为重要，在驱动程序初始化时，file_operations的变量会注册到系统中去，file_operations提供了许多接口，不需要的就初始化为NULL。对设备进行任何操作，file_operations中的函数指针都会被相应地调用。
本USB驱动开发是以LinuxKernel源码中usb_skeleton.c提供的USB驱动程序为原型，编出的一个USB设备的驱动。
在LinuxUSB子系统里注册是USB驱动程序完成的第一个步骤，同时这个驱动程序支持的设备类型在此时确定，支持的设备从系统插入或拔出时的动作也同时规定好。全部这些信息都被传送到USB子系统中。下面举例说明USB摄像头的注册和注销：
structusb_driverabc_driver={
#ifLINUX_VERSION_CODE .owner=THIS_MODULE， #endif .name="abc"， .id_table=device_table，
.probe=abc_probe，
.disconnect=abc_disconnect
}；
intinitusb_abc_init（void）
{……
abc_create（）；
……
if（usb_register（&abc_driver）<0）
return-1；
……
}
void__exitusb_abc_exit（void）
{……
abc_destroy（）；
……}
module_init（usb_abc_init）；
module_exit（usb_abc_exit）；
在abc_driver结构中，字符串name表明了驱动程序。probe和disconnect是函数指针。
当系统检测到USB摄像头插入时系统会检测它的VendorID和ProductID，如果与驱动模块的注册内容匹配，则调用abc_probe（）函数，abc_probe（）函数向视频子系统注册，生产厂商号码（VendorID）和产品号（ProductID）在驱动模块加载初始化的时候就向系统注册了。参数dev表明设备信息，参数id则表明USB设备的生产厂商及产品号。如果USB设备通过了probe函数的验证，则usbvideo_RegisterVideoDevice（）函数调用向videodev系统注册：
intabc_probe（structusb_interface*intf，conststructusb_device_id*id）
{
……
/*Initvideostuff*/
abc->vdev=video_device_alloc（）；
if（！abc->vdev）
gotoerror；
memcpy（abc->vdev，&abc_template，sizeof（abc_template））；
……}
其中abc_template设备文件操作函数
Staticstructvideo_deviceabc_template={
.name="GSPCAUSBCamera"，
.vfl_type=VID_TYPE_CAPTURE，
#ifLINUX_VERSION_CODE<=KERNEL_VERSION（2，6，23）
.hardware=VID_HARDWARE_GSPCA，
#endif
.fops=&abc_fops，
.release=video_device_release，
.minor=-1，}；
staticstructv4l2_file_operationsabc_fops={
.owner=THIS_MODULE，
.open=abc_open，
.release=abc_close，
.read=abc_read，
.mmap=abc_mmap，
.ioctl=abc_ioctl，
.unlocked_ioctl=video_ioctl2，
}；
其中abc_open（）完成设备的打开和初始化。部分代码如下：
staticintabc_open（structvideo_device*vdev，intflags）
{……
abc_alloc（abc）；
abc_init_source（abc）；
abc_initDecoder（abc）；
abc_init_isoc（abc）；
……}
abc_read（）调用函数copy_to_user（buf，frame->data，count）将数据由内核空间传送到进程的用户空间。代码如下：
staticlongabc_read（structvideo_device*dev，char*buf，unsignedlongcount，intnoblock）
{……
l=copy_to_user（buf，frame->data，count）；
……}
当拔掉摄像头，abc_disconnect（）函数会调用：
staticvoidabc_disconnect（structusb_device*dev，void*ptr）
{……
video_uegister_device（abc->vdev）；
abc->dev=NULL；
up（&abc->lock）；
/*Freethememory*/
if（abc&&！abc->user）{
spca5xx_dealloc（abc）；
kfree（abc）；
abc=NULL；
……}；
3摄像头驱动的移植与测试
将该驱动移植到友善之臂S3C2440开发板上，该开发板是基于S3C244X处理器的开发平台，同时具有串口、USB接口、网口、JTAG接口等较全面的接口，可以在Linux下工作，便于调试和测试。
本文摄像头的测试程序是基于Video4Linux完成USB摄像头图像和视频获取，其中Video4Linux（简V4L）是Linux中关于视频设备的内核驱动，它为针对视频设备的应用程序编程提供一系列接口函数，这些视频设备包括现今市场上流行的TV卡、视频捕捉卡和USB摄像头等。
编程的思想如下：①打开摄像头；②初始化摄像头状态；③进行视频采集；④对采集的视频进行处理；⑤关闭摄像头。
在主函数main（）中，open（）函数打开摄像头设备，init_videoIn（）函数初始化摄像头设备并且设置图像帧的参数，grab（）函数中采用read（）系统调用获得图像数据，并把获得的数据以文件形式保存起来，close_v4l（）函数关闭USB摄像头设备。下面给出测试程序的基本架构：
intmain（intargc，char**argv）{
……
vd->fd=open（vd->videodevice，O_RDWR）；
init_videoIn（structvdIn*vd，char*device，intwidth，int
height，intformat，intgrabmethod）；
……
grab（）；
……
close_v4l（&videoIn）；
}
4结语
本文全面阐述了嵌入式Linux系统中USB子系统的架构和基本工作原理，详细介绍了USB摄像头驱动程序的开发过程。该摄像头驱动经过测试运行稳定，可用于实际应用。
参考文献：
[1]毛德操，胡希明.Linux内核源代码情景分析[M].杭州：浙江大学出版社，2001.
[2]魏永明，骆刚，姜军.Linux设备驱动程序[M].北京：中国电力出版社，2002.
[3]探矽工作室.嵌入式系统开发圣经[M].北京：中国青年出版社，2002.
[4]杜春雷.ARM体系结构与编程[M].北京：清华大学出版社，2003.
[5]马忠梅，马广云，徐英慧.ARM嵌入式处理器结构与应用基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.
[6]倪继利.Linux内核分析及编程[M].北京：电子工业出版社，2005.
[7]万健，冯华，任彧.嵌入式系统中USB块数据传输的设计与实现[J].计算机工程与设计，2005（11）.
[8]李光明，姚斌.基于ARM7和嵌入式Linux系统下USB接口的设计[J].计算机工程与设计，2006（6）.
[9]孙天泽，袁文菊，张海峰.嵌入式设计及Linux驱动开发指南—基于ARM9处理器[M].北京：电子工业出版社，2005.
[10]Compaq，HewlettPackard，Intel，Lucent，Microsoft，NEC.Philipsuniversalserialbusspecificatioevision2.0[S].2000.
[11]SAMSUNG.S3C2410A200MHzand266MHz32bitRISCmicroprocessoruser"smanualrevision1.0[Z].2004.
（责任编辑：孙娟）