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基于DWC2的USB驅動開發-UVC的處理單元詳解 (qq.com)

一.前言

本篇來詳細分析下UVC的處理單元相關的內容，同樣的我們理論結合實踐來進行。

二.處理單元簡介

處理單元（PU）控制通過它傳輸的視頻的圖像屬性。有一個單一的輸入和輸出引腳，注意是單一的，也就是一個處理單元只能處理一個輸入只有一個輸出。

支持以下功能：

用戶控制:

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

自動控制

• White Balance Temperature 白平衡溫度控制
• White Balance Component 白平衡成分控制
• Backlight Compensation 背光補償
• Contrast 對比度

其他

• Gain 增益
• Power Line Frequency 電力線頻率
• Analog Video Standard 模擬視頻標準
• Analog Video Lock Status 模擬視頻鎖定狀態

對上述功能的支持都是可選的，但是，如果設備支持白平衡功能，則應實現白平衡溫度控制或白平衡成分控制，但不能同時實現。

用戶控制表示由用戶偏好設置的屬性，不受設備的自動控制的影響。

自動控制支持是否使能的設置（具有打開/關閉狀態）。如果使能則設備自動調整，對相關屬性的讀請求則反映自動設置的值。

如果打開自動模式，嘗試以手動方式設置將導致STALL，錯誤代碼為bRequestErrorCode=“錯誤狀態”。當退出自動模式時，相關控制屬性應保持在轉換前有效的值。

后面可以看到基本所有的屬性都對應有一個自動控制，使能自動控制就不能再手動配置了。

處理單元的符號如下圖所示。

注意這里的但輸入單輸出

三.拓撲結構

以下從描述符來看處理單元的拓撲結構，如下圖是一個實際的UVC產品的描述符，只截取了和UVC相關的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的視頻控制擴展單元，該單元的baSourceID[1]=2表示其源頭是本處理單元。

其拓撲如下

四.處理單元描述符

處理單元的描述符應該位于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

本實例處理單元描述符對應的具體內容如下

處理單元的描述詳細內容見規格書P69

3.7.2.5 Processing Unit Descriptor

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

l其中bDescriptorSubtype的定義參考規格書的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字段的值唯一標識。 非零常數 ，用于唯一標識本功能接口中的單元。類相關請求時Index的高位即該值。

這里為什么要是非零常數呢？為什么從0開始編號呢，因為在請求中wIndex的高8位為0用于區分是接口請求，其他非0值為對應了終端和單元ID，所以不能從0開始編號了。

在本功能對應的接口內單該值和其他單元和終端的ID不能重復。

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

如果支持數字放大Digital Multiplier控制，則該值除以100表示放大倍數，比如設置值450則表示1-4.5X，即4.5倍數字放大，如果不支持則設置為0.

l其中bmControls，表示支持的處理類型

某一位置位則對應的處理支持,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表示支持的標準

0表示忽略該字段.

某位置1則表示支持該標準

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.

以下是對應一個實例，注意其bmControls域只有兩個字節，且沒有bmVideoStandards，所以只有11個字節。

-------- 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. 處理單元相關的請求

參考規格書P109 4.2.2.3 Processing Unit Control Requests

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

一共支持如下19種屬性的請求

對應的CS編碼見P175 A.9.5. Processing Unit Control Selectors

以下做了一個總結，所以值都是無符號值。

六. 處理單元請求驅動代碼

處理單元類相關請求的解析，需要注意兩個關鍵參數，一個是處理單元所在的接口號，上面實例接口是0，處理單元本身的ID，上面實例是2。

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

2.然后再通過wValue確定對應的是什么操作，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前值GET_CUR還是設置當前值SET_CUR

見規格書P173A.8. Video Class-Specific Request Codes

參考規格書4.2.2 Unit and Terminal Control Requests，終端和單元的請求的layout

請求分為SET和GET兩大類

下面對解析過程進行詳細分析

bmRequest指定是什么操作，其中MIN，MAX和RES不能SET因為其是設備實現決定的，不能修改。

wValue字段在高位字節中對應CS,即表示對什么屬性進行操作，低字節為0.設備收到不支持的CS則需要STALL

wIndex高8位為0則表示是接口請求，不是0則表示單元和終端的ID，第8位表示對應的接口。所以這里終端和單元的ID不能為0，因為要和接口區分。

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

收到setup后檢查如果是類相關請求，即bmRequestType的bit6:6為1則進入類相關處理接口

usb_function_request

然后再看如果bmRequestType的bit4:0為1，則對應接口相關處理

然后調用注冊的類回調，usb_uvc_class_set

再根據wIndex的高8位如果是0則對應的接口請求uvc_class_itf_req，

否則是終端單元相關請求uvc_class_ut_req

進入uvc_class_ut_req后

再根據wIndex的低8位確認接口，高8位定位終端和單元，然后根據wValue低8位確認CS即對應操作什么屬性，然后根據bRequest確定是什么操作，比如GET_CUR

比如如下的一個實例的解析

a1表示類相關接口請求

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表示數據長度，GET_INFO即數據只有1個字節

后面的0x82 0x83 0x84 0x87也是類似

分別是GET_IN GET_MAX GET_RES GET_DEF

一般主機請求顯示GET_INFO看你支持啥，然后再進行后續操作。

驅動的優化

上述層層switch解析的方式，比較好理解，但是代碼冗余太大，且這部分代碼應該是屬于類實現層，不應該暴漏給用戶，而且實際所有的端點和處理單元都是類似的，我們可以根據bRequest等參數進行查表跳轉到對應的處理函數，用戶只需要注冊表格和回調即可，借用反射的設計范式。

GET_MIN GET_MAX GET_RES GET_CUR等只需要提供對應的存儲區域的地址，可以建議一個二維表格，分別是哪個端點對應的哪個CS有哪些值操作。這個后面再單獨一篇介紹。

七. 總結

以上詳細介紹了處理單元，包括描述符和其拓撲結構，請求等?？梢韵攘私馄渫負浣Y構，在描述符中如何描述這有利于從整體把握，然后了解其請求的過程。

審核編輯：湯梓紅