基于RK3576开发板的USB摄像头使用

1. USB简介

USB：Universal Serial Bus（通用串行总线）。是一种常用于电子设备间通讯的通用标准接口。USB 总线作为一种高速串行总线，其极高的传输速度可以满足高速数据传输的应用环境要求。

具有供电简单（可总线供电）、安装配置便捷（支持即插即用和热插拔）、 扩展端口简易（通过集线器最多可扩展127 个外设）、传输方式多样化（4 种传输模式），以及兼容良好（产品升级后向下兼容）等优点。

1.1 EASY EAI Orin-Nano USB资源介绍

EASY EAI Orin-Nano有一路直出的USB3.0 HOST接口，还有一路直出的OTG接口。

若不了解【USB HOST】、【USB Device】以及【OTG】的含义，又或者有【必须使下层USB作为HOST】的需求，可参考《USB_HOST与USB_Device》一文。

1.2 USB摄像头接入方案

注意：虽然USB支持热插拔，但在没给底板加装外壳保护的情况下，很容易触碰到底板上的器件，甚至板卡附近有金属零件很容易造成板卡短路。因此也建议在插拔外设时，最好确保电源已经完全切断。

【建议】USB摄像头【直接】接入到底板的【上层】USB接口上。

虽然采用多路扩展方案，理论上可扩展127个设备，但在实际接入多个USB摄像头时需要考虑USB通道的带宽，USB集线层数，以及要解决设备ID相同的问题，因此非必要【不建议】这么接。

USB的理论最大层数为7层(含RootHub)。

1.3 USB设备的接入管理介绍

在USB摄像头或者USB Hub进行物理连接后，我们需要知道这些USB设备是否被系统识别出来，则需要通过lsusb命令查看。

lsusb

另外，在文件系统中，USB Device管理目录为/sys/bus/usb/devices，可在此处查看到从root_hub开始挂载的USB设备以及Hub设备的拓扑关系。

USB设备的设备命名方式规则如下：

设备对象的命名规则
设备	命名规则	描述
总线对象	usb1、usb2	处理器自带的USB硬件，0号hub设备，所以其接口对象是由0开始计算。
直连的USB设备	root_hub-hub_port 注：以“-”段横杠分割	root_hub为所在的总线号码； hub_port为处于该总线的第几个设备，0号设备总线本身，新接入的设备从1开始。
连在外扩hub的设备	root_hub-hub_port.device 注：以“.”句号分割	新接入的设备作为hub的子设备，编号从1开始
设备对象的接口命名规则
设备	命名规则	描述
设备对象的接口对象	device_object:config.interface 注：以“:”冒号分割设备对象和后续元素。后续元素有配置和接口，二者以“.”句号分割	device_object：设备对象，上面总线对象、质量设备、经过hub的设备统称为设备对象
		config：USB设备的配置描述符，一个USB设备可在不同系统、不同架构下运行的前提就是使用了不同的配置描述符
		interfece：USB设备的接口描述符，例如一个USB对讲机，有负责处理播音的接口以及负责录音的接口。

1.4 寻找可用的设备节点

rockchip平台，一个MIPI-CSI接口会对应20多个video节点(设备树定了就会生成这么多个)，如下图所示。

而且MIPI-CSI camera对应的节点，会在修改内核设备树的时候固定下来（即：内核配好了MIPI-CSI Camera个数，无论MIPI-CSI摄像头是否有接上，它的video节点情况都是不会根据MIPI-CSI Camera的接入情况而【动态】改变）。

而一个USB camera会对应2个video节点，【一般会】排列在MIPI-CSI camera的后面。举个例子：内核配置了1路MIPI-CSI camera，那USB camera的节点就是/dev/video25和/dev/video26；内核配置了2路MIPI-CSI camera，那USB camera的节点就是/dev/video49和/dev/video50。以此类推。

但是【最准确】的方法，还是要看一下这个video节点的【描述信息】。Linux的v4l2框架会把这些节点的描述信息统一放在/sys/class/video4linux/目录下，如下图所示。

随便进入一个描述，如video22。

通过cat命令，可以用查看这个name的内容是什么。

cat /sys/class/video4linux/video22/name

那么，我们则需要使用以下命令，对【所有video节点】进行扫描与【筛选】。

grep -i "usb" /sys/class/video4linux/video*/name

2. 快速上手

2.1 例程源码下载

到【百度网盘】上下载相关的单例程序：

链接：https://pan.baidu.com/s/1RXHMGpmGSEfFy0rb1VkXSg?pwd=1234

提取码: 1234

比如在windows环境中，就把单例程序下载到：此电脑D:BaiduNetdisk (无规定，用户可自主选择)，如下图所示。

然后把例程【复制粘贴】到nfs挂载目录中。（不清楚目录如何构建的，可以参考《入门指南/开发环境准备/nfs服务搭建与挂载》）

2.2 例程编译&运行

通过adb shell进入开发板环境，执行下方命令定位到demo目录，并且执行编译操作。

cd /home/orin-nano/Desktop/nfs/02_camera/
./build.sh

编译成功后，相关的demo会生成在Release目录下。

执行下方命令以运行demo，如下所示。

sudo ./Release/test-usbCam-single 49  ##需要root权限

执行效果如下所示。

然后把/tmp/photo拷贝到当前目录下的Release内

cp /tmp/photo ./Release/

再通过组合键【Ctrl+Shift+T】创建一个新窗口，定位到nfs服务器的对应位置。

最后使用mplayer工具播放图片，命令如下所示。

mplayer -demuxer rawvideo -rawvideo w=1280:h=720:format=bgr24 ./Release/photo -loop 0

例程默认分辨率为1280x720，故w和h的参数对应填入1280和720。当出现图片异常时，说明分辨率等不太对应于手头的摄像头，所以需要调整usbcamera_init()的分辨率，例如640x480。

3. 测试USB摄像头API案例

示例代码路径为：02_camera/test-usbCam/single-cam.c。USB Camera API的测试案例代码逻辑流程如下所示：

3.1 源码说明

int main()
{
    if(1 == argc){
        printf("nerr: Missing parameter!n");
        printf("================= [usage] ==================n");
        printf("example:n");
        printf("t%s < 49/50 >n", argv[0]);
        printf("--------------------------------------------n");
        return 0;
    }
    int cameraIndex = atoi(argv[1]);
    
	char *pbuf = NULL;
	int ret = 0;
	int skip = 0;
	FILE *fp = NULL;

	ret = usbcamera_init(CAMERA_INDEX, CAMERA_WIDTH, CAMERA_HEIGHT, 0);
	if (ret) {
		printf("error: %s, %dn", __func__, __LINE__);
		goto exit3;
	}

	pbuf = (char *)malloc(IMAGE_SIZE);
	if (!pbuf) {
		printf("error: %s, %dn", __func__, __LINE__);
		ret = -1;
		goto exit2;
	}

	//跳过前10帧
	skip = 10;
	while(skip--) {
		ret = usbcamera_getframe(CAMERA_INDEX, pbuf);
		if (ret) {
			printf("error: %s, %dn", __func__, __LINE__);
			goto exit1;
		}
	}

	/* tips: 可以在Ubuntu下用mplayer播放录制图像
	*	mplayer -demuxer rawvideo -rawvideo w=1280:h=720:format=bgr24 photo -loop 0
	*/
	fp = fopen("/tmp/photo", "w");
	if (!fp) {
		printf("error: %s, %dn", __func__, __LINE__);
		ret = -1;
		goto exit2;
	}
	fwrite(pbuf, 1, IMAGE_SIZE, fp);
	fclose(fp);

exit1:
	free(pbuf);
	pbuf = NULL;
exit2:
	usbcamera_exit(CAMERA_INDEX);
exit3:
    return ret;
}

其中usbcamera_init()，usbcamera_getframe()，usbcamera_exit()是对v4l2接口调用的易用化封装。具体实现于02_camera/commonApi/usb_camera/usb_camera.c。

审核编辑 黄宇