本文轉(zhuǎn)自公眾號(hào)，歡迎關(guān)注
基于DWC2的USB驅(qū)動(dòng)開發(fā)-UVC的處理單元詳解 (qq.com)

一.前言

本篇來詳細(xì)分析下UVC的處理單元相關(guān)的內(nèi)容，同樣的我們理論結(jié)合實(shí)踐來進(jìn)行。

二.處理單元簡介

處理單元（PU）控制通過它傳輸?shù)?a target="_blank">視頻的圖像屬性。有一個(gè)單一的輸入和輸出引腳，注意是單一的，也就是一個(gè)處理單元只能處理一個(gè)輸入只有一個(gè)輸出。

支持以下功能：

用戶控制:

• Brightness亮度·
• Hue色調(diào)·
• Saturation飽和度·
• Sharpness清晰度·
• Gamma伽馬·
• Digital Multiplier (Zoom) 數(shù)字乘法器（縮放）

自動(dòng)控制

• White Balance Temperature 白平衡溫度控制
• White Balance Component 白平衡成分控制
• Backlight Compensation 背光補(bǔ)償
• Contrast 對(duì)比度

其他

• Gain 增益
• Power Line Frequency 電力線頻率
• Analog Video Standard 模擬視頻標(biāo)準(zhǔn)
• Analog Video Lock Status 模擬視頻鎖定狀態(tài)

對(duì)上述功能的支持都是可選的，但是，如果設(shè)備支持白平衡功能，則應(yīng)實(shí)現(xiàn)白平衡溫度控制或白平衡成分控制，但不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)。

用戶控制表示由用戶偏好設(shè)置的屬性，不受設(shè)備的自動(dòng)控制的影響。

自動(dòng)控制支持是否使能的設(shè)置（具有打開/關(guān)閉狀態(tài)）。如果使能則設(shè)備自動(dòng)調(diào)整，對(duì)相關(guān)屬性的讀請(qǐng)求則反映自動(dòng)設(shè)置的值。

如果打開自動(dòng)模式，嘗試以手動(dòng)方式設(shè)置將導(dǎo)致STALL，錯(cuò)誤代碼為bRequestErrorCode=“錯(cuò)誤狀態(tài)”。當(dāng)退出自動(dòng)模式時(shí)，相關(guān)控制屬性應(yīng)保持在轉(zhuǎn)換前有效的值。

后面可以看到基本所有的屬性都對(duì)應(yīng)有一個(gè)自動(dòng)控制，使能自動(dòng)控制就不能再手動(dòng)配置了。

處理單元的符號(hào)如下圖所示。

注意這里的但輸入單輸出

三.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

以下從描述符來看處理單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如下圖是一個(gè)實(shí)際的UVC產(chǎn)品的描述符，只截取了和UVC相關(guān)的IAD下的描述符。

可以看到處理單元的ID是bUnitID=2，其源頭是bSourceID=1即前面的bTerminaIID=1的視頻控制輸入終端；而其后面是bUnitID=3的視頻控制擴(kuò)展單元，該單元的baSourceID[1]=2表示其源頭是本處理單元。

其拓?fù)淙缦?/p>

四.處理單元描述符

處理單元的描述符應(yīng)該位于UVC的控制接口描述符VideoControl Interface Descriptors的Class-specific VC Interface Header Descriptor的后面

如下所示紅色線所指示

本實(shí)例處理單元描述符對(duì)應(yīng)的具體內(nèi)容如下

處理單元的描述詳細(xì)內(nèi)容見規(guī)格書P69

3.7.2.5 Processing Unit Descriptor

l其中bDescriptorType的定義參考規(guī)格書的P171 A.5. Video Class-Specific VC Interface Descriptor Subtypes

l其中bDescriptorSubtype的定義參考規(guī)格書的P172 A.4. Video Class-Specific Descriptor Types

l其中bUnitID

處理單元由處理單元描述符（PUD）的bUnitID字段的值唯一標(biāo)識(shí)。 非零常數(shù) ，用于唯一標(biāo)識(shí)本功能接口中的單元。類相關(guān)請(qǐng)求時(shí)Index的高位即該值。

這里為什么要是非零常數(shù)呢？為什么從0開始編號(hào)呢，因?yàn)樵谡?qǐng)求中wIndex的高8位為0用于區(qū)分是接口請(qǐng)求，其他非0值為對(duì)應(yīng)了終端和單元ID，所以不能從0開始編號(hào)了。

在本功能對(duì)應(yīng)的接口內(nèi)單該值和其他單元和終端的ID不能重復(fù)。

lbSourceID

該單元前面所連接的單元或終端的ID。

處理單元肯定是要處理一個(gè)東西的，即需要輸入的，處理什么呢，肯定是處理攝像頭的輸入，所以前面一般就是Input Terminal，該值就是前面的Input Terminal的ID。

如下所示，這里bSourceID=1即前面連接的是bTerminalID=1的輸入終端

l其中wMaxMultiplier

如果支持?jǐn)?shù)字放大Digital Multiplier控制，則該值除以100表示放大倍數(shù)，比如設(shè)置值450則表示1-4.5X，即4.5倍數(shù)字放大，如果不支持則設(shè)置為0.

l其中bmControls，表示支持的處理類型

某一位置位則對(duì)應(yīng)的處理支持,小端模式

D0: Brightness

D1: Contrast

D2: Hue

D3: Saturation

D4: Sharpness

D5: Gamma

D6: White Balance Temperature

D7: White Balance Component

D8: Backlight Compensation

D9: Gain

D10: Power Line Frequency

D11: Hue, Auto

D12: White Balance Temperature, Auto

D13: White Balance Component, Auto

D14: Digital Multiplier

D15: Digital Multiplier Limit

D16: Analog Video Standard

D17: Analog Video Lock Status

D18: Contrast, Auto

D19 – D23: Reserved. Set to zero

l其中bmVideoStandards表示支持的標(biāo)準(zhǔn)

0表示忽略該字段.

某位置1則表示支持該標(biāo)準(zhǔn)

D0: None

D1: NTSC – 525/60

D2: PAL – 625/50

D3: SECAM – 625/50

D4: NTSC – 625/50

D5: PAL – 525/60

D6-D7: Reserved. Set to zero.

以下是對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)例，注意其bmControls域只有兩個(gè)字節(jié)，且沒有bmVideoStandards，所以只有11個(gè)字節(jié)。

-------- Video Control Processing Unit Descriptor -----

bLength : 0x0B (11 bytes)

bDescriptorType : 0x24 (Video Control Interface)

bDescriptorSubtype : 0x05 (Processing Unit)

bUnitID : 0x02 (2)

bSourceID : 0x01 (1)

wMaxMultiplier : 0x0000

bControlSize : 0x02 (2 bytes)

bmControls : 0x7B, 0x07

D0 : 1 yes - Brightness

D1 : 1 yes - Contrast

D2 : 0 no - Hue

D3 : 1 yes - Saturation

D4 : 1 yes - Sharpness

D5 : 1 yes - Gamma

D6 : 1 yes - White Balance Temperature

D7 : 0 no - White Balance Component

D8 : 1 yes - Backlight Compensation

D9 : 1 yes - Gain

D10 : 1 yes - Power Line Frequency

D11 : 0 no - Hue, Auto

D12 : 0 no - White Balance Temperature, Auto

D13 : 0 no - White Balance Component, Auto

D14 : 0 no - Digital Multiplier

D15 : 0 no - Digital Multiplier Limit

iProcessing : 0x00 (No String Descriptor)

Data (HexDump) : 0B 24 05 02 01 00 00 02 7B 07 00 .$......{..

五. 處理單元相關(guān)的請(qǐng)求

參考規(guī)格書P109 4.2.2.3 Processing Unit Control Requests

處理單元控制請(qǐng)求用于讀或者設(shè)置處理單元的屬性，所以包括SET_xx 和GET_xx。

一共支持如下19種屬性的請(qǐng)求

對(duì)應(yīng)的CS編碼見P175 A.9.5. Processing Unit Control Selectors

以下做了一個(gè)總結(jié)，所以值都是無符號(hào)值。

六. 處理單元請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)代碼

處理單元類相關(guān)請(qǐng)求的解析，需要注意兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，一個(gè)是處理單元所在的接口號(hào)，上面實(shí)例接口是0，處理單元本身的ID，上面實(shí)例是2。

1.通過接口號(hào)和單元ID即可定位到是哪一個(gè)ID，接口號(hào)和單元號(hào)都是從wIndex字段解析，低位是接口號(hào)高位是單元ID號(hào)

2.然后再通過wValue確定對(duì)應(yīng)的是什么操作，比如是亮度控制還是增益控制等。

即A.9.5. Processing Unit Control Selectors的CS

3.然后再通過bRequest確定是做什么類型的操作比如是獲取當(dāng)前值GET_CUR還是設(shè)置當(dāng)前值SET_CUR

見規(guī)格書P173A.8. Video Class-Specific Request Codes

參考規(guī)格書4.2.2 Unit and Terminal Control Requests，終端和單元的請(qǐng)求的layout

請(qǐng)求分為SET和GET兩大類

下面對(duì)解析過程進(jìn)行詳細(xì)分析

bmRequest指定是什么操作，其中MIN，MAX和RES不能SET因?yàn)槠涫窃O(shè)備實(shí)現(xiàn)決定的，不能修改。

wValue字段在高位字節(jié)中對(duì)應(yīng)CS,即表示對(duì)什么屬性進(jìn)行操作，低字節(jié)為0.設(shè)備收到不支持的CS則需要STALL

wIndex高8位為0則表示是接口請(qǐng)求，不是0則表示單元和終端的ID，第8位表示對(duì)應(yīng)的接口。所以這里終端和單元的ID不能為0，因?yàn)橐徒涌趨^(qū)分。

注意*(MAX-MIN)/RES* 和*(CURMIN)/RES *都需要是整數(shù)。如果SET_CUR操作中提供了無效的CUR值，設(shè)備應(yīng)STALL，并用0x04“超出范圍”更新請(qǐng)求錯(cuò)誤代碼。

收到setup后檢查如果是類相關(guān)請(qǐng)求，即bmRequestType的bit6:6為1則進(jìn)入類相關(guān)處理接口

usb_function_request

然后再看如果bmRequestType的bit4:0為1，則對(duì)應(yīng)接口相關(guān)處理

然后調(diào)用注冊(cè)的類回調(diào)，usb_uvc_class_set

再根據(jù)wIndex的高8位如果是0則對(duì)應(yīng)的接口請(qǐng)求uvc_class_itf_req，

否則是終端單元相關(guān)請(qǐng)求uvc_class_ut_req

進(jìn)入uvc_class_ut_req后

再根據(jù)wIndex的低8位確認(rèn)接口，高8位定位終端和單元，然后根據(jù)wValue低8位確認(rèn)CS即對(duì)應(yīng)操作什么屬性，然后根據(jù)bRequest確定是什么操作，比如GET_CUR

比如如下的一個(gè)實(shí)例的解析

a1表示類相關(guān)接口請(qǐng)求

86表示GET_INFO

0002 高8位02表示PU_BRIGHTNESS_CONTROL 處理單元的CS

0002 高8位表示單元ID2，低8位表示接口0，如下圖接口0的ID2的單元就是處理單元

0100表示數(shù)據(jù)長度，GET_INFO即數(shù)據(jù)只有1個(gè)字節(jié)

后面的0x82 0x83 0x84 0x87也是類似

分別是GET_IN GET_MAX GET_RES GET_DEF

一般主機(jī)請(qǐng)求顯示GET_INFO看你支持啥，然后再進(jìn)行后續(xù)操作。

驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化

上述層層switch解析的方式，比較好理解，但是代碼冗余太大，且這部分代碼應(yīng)該是屬于類實(shí)現(xiàn)層，不應(yīng)該暴漏給用戶，而且實(shí)際所有的端點(diǎn)和處理單元都是類似的，我們可以根據(jù)bRequest等參數(shù)進(jìn)行查表跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)，用戶只需要注冊(cè)表格和回調(diào)即可，借用反射的設(shè)計(jì)范式。

GET_MIN GET_MAX GET_RES GET_CUR等只需要提供對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域的地址，可以建議一個(gè)二維表格，分別是哪個(gè)端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的哪個(gè)CS有哪些值操作。這個(gè)后面再單獨(dú)一篇介紹。

七. 總結(jié)

以上詳細(xì)介紹了處理單元，包括描述符和其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，請(qǐng)求等?？梢韵攘私馄渫?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在描述符中如何描述這有利于從整體把握，然后了解其請(qǐng)求的過程。

審核編輯：湯梓紅