基于Linux平台USB视频设备驱动技术的研究与实现

摘要

现如今Linux操作系统以其开放源代码、易于开发、功能强大、稳定、成本低等优势，已渗透到工农业、教育、国防、科学研究等各个领域，对各行各业的发展都起到了极其重要的推动作用。与此同时视频监控技术正在被广泛应用到人们的日常生活中，为人们的生活提供了更多的便利。因而针对Linux平台下视频设备驱动的相关研究、改进和应用具有较高的学术和商业价值。 本文首先介绍了USB协议的相关知识，在此基础上分析了Linux操作系统中设备驱动模块机制、USB子系统组成和Linux设备驱动结构，总结了LinuxUSB设备驱动的设计与实现步骤；然后阐述了Relay和V4L技术、视频数据采集与传输等问题，对Linux平台下通用USB视频设备驱动的性能进行了分析，并指出了不足，给出了改进后的USB视频设备驱动的整体框架设计与实现。最后指出了本驱动目前所存在的一些问题，并对下一步工作提出了建议。 在硕士课题的研究工作中，本人的主要工作成果有： (1)研究和分析了项目开发中影响USB摄像头设备性能的关键所在。从增加传输效率和减少由数据同步所带来的影响这两个方面出发，分析了通用驱动解决方法的不足，提出并实现了解决传输效率和数据同步所带来影响的方法。实验证明，使用结合Relay接口技术改进后的驱动能较好地解决上述问题。 (2)总结出Linux USB视频设备驱动程序的设计、实现步骤和利用V4L2接口进行数据采集的实现过程。

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致谢

第一章 绪论

1.1 课题来源及目的意义

1.2 相关研究领域国内外研究现状

1.2.1 Linux操作系统的应用现状和发展前景

1.2.2 USB视频设备及其技术的应用现状和发展前景

1.3 本文的主要研究工作

1.4 论文的结构

第二章 USB2.0协议

2.1 USB技术的背景介绍

2.2 USB体系结构

2.2.1 USB总线拓朴结构

2.2.2 USB系统软件组成

2.3 USB 2.0电气信号特征

2.3.1数据编码与数据帧相关概念

2.3.2高速设备检测

2.4 USB数据传输协议

2.5 本章小结

第三章Linux平台USB设备驱动程序研究与分析

3.1 引言

3.2 设备驱动开发基本概念

3.2.1设备驱动模块机制

3.2.2设备文件

3.2.3内核空间和用户空间

3.3 Linux操作系统中USB子系统驱动程序框架研究与分析

3.3.1 Linux操作系统中USB子系统驱动结构

3.3.2 Linux操作系统中USB设备驱动开发基础

3.3.3 Linux操作系统中USB设备驱动模块组成

3.4 驱动调试方法

3.5 本章小结

第四章Linux平台通用USB视频设备驱动研究与分析

4.1 V4L接口

4.2 USB视频设备驱动中关键问题分析

4.2.1数据采集

4.2.2数据传输

4.3 Linux系统中通用USB视频设备驱动性能分析

4.3.1扩大URB缓冲区大小

4.3.2增加URB个数

4.3.3使用多缓冲区

4.4 本章小结

第五章 Linux平台USB视频设备驱动改进与实现

5.1 USB视频设备驱动性能改进方法

5.1.1利用Relay实现视频设备数据采集高效传输

5.1.2连续采集图像

5.2 Linux系统中USB视频设备驱动的设计与实现

5.2.1开发工具介绍

5.2.2 USB视频设备驱动开发的基本流程

5.2.3 USB视频设备驱动的总体设计

5.2.4 USB视频设备驱动的实现

5.3 驱动测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2课题改进与完善点

6.3 结束语

参考文献

个人简历