【源码注释+操作步骤】详述Android照相功能的实现

左耳

前些日子买了块飞凌OK6410的开发板+OV9650摄像头模块准备做Android应用开发。自己手里虽有现成的Android手机，但考虑到日后裁减硬件，不得不从最原始的开发板着手。之前没有写过Android的驱动，这算是一次尝试。本文涉及到以下几个方面的内容：
1.        Android 模块编译
2.        Android 模块的板上加载及调试
3.        Android Camera 模块的改写
Android 模块编译
每次为了一个模块而编译整个Android系统是一个灾难（4个小时一次），这里会展示如何仅仅编译一个模块而节省大量的宝贵时间。网上多数的方法是通过执行envsetup.sh，接着运行mmm <directory>命令来编译一个文件夹下的模块，但在编译libcamera这个模块时一直没能成功，显示编译依赖于其他几个模块。这里介绍另一种方法，每个模块的文件夹下都必须有一个Android.mk文件，在其中有一项LOCAL_MODULE用于定义模块名称，以照相模块为例，即被定义为LOCAL_MODULE:=libcamera，记下这个模块名称，跳转到Android源码的根目录下，执行以下操作：
Step 1.  进入宿主机linux终端，输入以下命令：

<name>@<machine>:<folder>#source ./build/envsetup.sh
<name>@<machine>:<folder>#choosecombo

执行效果如图：


(原文件名:111.jpg)

Step 2.  选择Device->Release->键入OK6410->eng
Step 3.  输入make <libname>编译特定模块，如摄像头模块：

<name>@<machine>:<folder>#make libcamera

执行效果如图：


(原文件名:222.jpg)

编译完成效果图：


(原文件名:333.jpg)

Step 4. 经过以上几个步骤后，摄像头模块就开始编译了，生成后的动态连接库文件(*.so)会存放在out/target/product/OK6410/system/lib/下，本文我们仅需要libcamera.so
我把上述步骤做成了一个shell脚本，每次修改照相模块的HAL后会自动编译，并将更新后的libcamera.so拷贝到Android源码根目录下，如果愿意，也可以自行修改脚本将libcamera.so拷贝到SD中。
附件下载：
makelibcamera.zip 点击此处下载 ourdev_684187ZGUGB5.zip(文件大小:373字节) (原文件名:makelibcamera.zip)


Android 模块的板上加载及调试
libcamera.so已经生成了，那怎么调试呢？一种办法是加载到模拟的Android系统中，但这种方法对于硬件调试往往行不通，那剩下的方法就是板上调试了。如果板子已经能够和PC进行adb连接，那就用adb push把libcamera.so推到目标机/system/lib/中。但可能是OK6410 USB接口设计的问题，与MacOSX总是无法建立起连接，于是每次我只能通过SD卡进行中转...手动从SD卡上把照相模块cp到lib目录下，然后reboot。
嵌入式开发比起应用开发，其开发环境往往要恶劣许多。就拿调试而言，往往要通过代码中插入类printf的语句来查看运行状态。android中提供了一个很好的工具logcat，在用户空间中，通过LOGV（Verbose），LOGE（Error），LOGD（Debug）等提供类似printf的功能。假定在程序中＃define LOG_TAG "CameraHardware"，那通过如LOGE("%s, Hello World!", LOG_TAG)就可以记录在系统日志中。系统日志杂乱繁多，要查看特定的日志就要限定范围，在目标机上定义ANDROID_LOG_TAGS环境变量就可以通过logcat -d来查看CameraHardware的“错误”日志了：

export ANDROID_LOG_TAGS="CameraHardware:E *:S"
logcat -d

目标机和宿主机相连后，通过超级终端来执行以上命令后的结果：

(原文件名:444.jpg)

Android Camera 模块的改写
这是本文的重点，展示如何在驱动层实现拍照功能。通过查看飞凌的Android源代码会发现，其OV9650和USB摄像头HAL的实现就是Android Fake Camera的改写，前者位于<android root folder>/hardware/forlinx/libcamera，后者位于<android root folder>/frameworks/base/services/camera/libcameraservice中。在Android中，OV9650已经有了基本的预览功能，这证明至少Preview函数已经完善，我们就从preview功能切入，来分析它的实现。打开libcamera下的S3C6410CameraHardware.cpp，在initDefaultParapeters方法中，可以看到preview的格式是RGB565，是一种常用于TFT显示的格式。原FakeCamera中是YUV420SP：
void CameraHardware::initDefaultParameters()
{
    CameraParameters p;

    p.set(CameraParameters::KEY_SUPPORTED_PREVIEW_SIZES, "320x240");
    p.setPreviewSize(320, 240);
    p.setPreviewFrameRate(15);
//    p.setPreviewFormat(CameraParameters:IXEL_FORMAT_YUV420SP);
    p.setPreviewFormat(CameraParameters:IXEL_FORMAT_RGB565);
    p.set(CameraParameters::KEY_ROTATION, 0);//90

// 其余代码省略
    }
   
}
现在让我们看看Preview功能的实现，也许可以给我们启发，我们不难注意到previewThread方法，其中mPreviewHeap存储着n个帧的缓冲，这块区域被分割为n个mBuffers。buffer为当前帧的引用，通过mDataCb(CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME, buffer, mCallbackCookie)就可以将buffer输出到屏幕。那每一个帧是怎么存到mPreviewHeap上的呢？关键的一句就是Ov965xCamera->getNextFrameAsRgb565((uint16_t *)frame) ，通过看它的实现可以知道（在Ov96xCamera.app中），一个帧的数据以16位的格式写入frame中，这里的frame即是对mPreviewHeap上某个mBuffer的引用：
int CameraHardware::previewThread()  
{
    mLock.lock();
        // the attributes below can change under our feet...

        int previewFrameRate = mParameters.getPreviewFrameRate();

        // Find the offset within the heap of the current buffer.
        ssize_t offset = mCurrentPreviewFrame * mPreviewFrameSize;

        sp<MemoryHeapBase> heap = mPreviewHeap;

        // this assumes the internal state of fake camera doesn't change
        // (or is thread safe)
        Ov965xCamera* Ov965xCamera = mOv965xCamera;
        USBCamera* USBCamera = mUSBCamera;
        sp<MemoryBase> buffer = mBuffers[mCurrentPreviewFrame];

    mLock.unlock();

    // TODO: here check all the conditions that could go wrong
    if (buffer != 0) {
        // Calculate how long to wait between frames.
        int delay = (int)(1000000.0f / float(previewFrameRate));

        // This is always valid, even if the client died -- the memory
        // is still mapped in our process.
        void *base = heap->base();

        // Fill the current frame with the fake camera.
        uint8_t *frame = ((uint8_t *)base) + offset;
        //Ov965xCamera->getNextFrameAsYuv420(frame);

    if(mCamType == CAMTYPE_CMOS)
        Ov965xCamera->getNextFrameAsRgb565((uint16_t *)frame);//获取一个帧的数据，放入frame
    else if (mCamType == CAMTYPE_USB)
        USBCamera->getNextFrameAsRgb565((uint16_t *)frame);

        //LOGV("previewThread: generated frame to buffer %d", mCurrentPreviewFrame);

        // Notify the client of a new frame.
        if (mMsgEnabled & CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME)
            mDataCb(CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME, buffer, mCallbackCookie);

        // Advance the buffer pointer.
        mCurrentPreviewFrame = (mCurrentPreviewFrame + 1) % kBufferCount;

        // Wait for it...
        usleep(delay);
    }

    return NO_ERROR;
}
这样分析过后，问题就变得很明了了，要将图片存储下来，只要获取其一帧数据（getNextFrameAsRGB565），在takePicture函数中将其存储下来即可。好，让我们看看takePicture的实现：它启动了一个线程来调用pictureThread方法，这里就是我们大显身手的地方了！
int CameraHardware::pictureThread()
{
    if (mMsgEnabled & CAMERA_MSG_SHUTTER)
        mNotifyCb(CAMERA_MSG_SHUTTER, 0, 0, mCallbackCookie); // 对应ShutterCallback

    if (mMsgEnabled & CAMERA_MSG_RAW_IMAGE) {
        mDataCb(CAMERA_MSG_RAW_IMAGE, mem, mCallbackCookie); // 对应原始图片(RAW)的PictureCallback
    }

    if (mMsgEnabled & CAMERA_MSG_COMPRESSED_IMAGE) {
        mDataCb(CAMERA_MSG_COMPRESSED_IMAGE, mem, mCallbackCookie); // 对应JPEG图片的PictureCallback
    }
    return NO_ERROR;
｝
每个if都对应了一个takePicture函数的callback，第二第三个就是图片要输出的地方！Android上的照相应用程序并不管RAW图片的输出，我们直接聚焦到第三个if。这里我们就不难理解为什么老是输出“小机器人”了，原来在第三个if中，飞凌并没有改原FakeCamera的代码，FakeCamera在这里直接读入一个CannedJpeg.h中的数据，而这里面存的就是那个“可爱”的机器人....好，那我们就改这里！首先先不管RAW到JPEG的转换，我们把RAW的数据直接写成BMP格式输出，看看是否工作。BMP格式文件头有54个字节，16位的数据格式为RGB555，所以完成的流程就三步：
Step1. 在MemoryHeap上申请一块BMP数据暂存区，并写文件头
Step2. 将原始数据从RGB565转换到RGB555，并存储到BMP数据暂存区
Step3. 将BMP暂存区数据传递给mDataCb输出

具体代码如下：
Step1. 首先申请BMP暂存区：
    int w, h;
    unsigned int DATA_OFFSET = 54;
    uint16_t WIDTH = w;
    uint16_t HEIGHT = h;

    mParameters.getPictureSize(&w, &h);
    Ov965xCamera* Ov965xCamera = mOv965xCamera;   
    sp<MemoryHeapBase> heap = new MemoryHeapBase(DATA_OFFSET+w * h* 2);
    sp<MemoryBase> mem = new MemoryBase(heap, 0, DATA_OFFSET+w * h* 2); // 2个字节构成一个像素

写BMP文件头：
        uint8_t header[54] = { 0x42, // identity : B
        0x4d, // identity : M
        0, 0, 0, 0, // file size
        0, 0, // reserved1
        0, 0, // reserved2
        54, 0, 0, 0, // RGB data offset
        40, 0, 0, 0, // struct BITMAPINFOHEADER size
        0, 0, 0, 0, // bmp height
        0, 0, 0, 0, // bmp width
        1, 0, // planes
        16, 0, // bit per pixel
        0, 0, 0, 0, // compression
        0, 0, 0, 0, // data size
        0, 0, 0, 0, // h resolution
        0, 0, 0, 0, // v resolution
        0, 0, 0, 0, // used colors
        0, 0, 0, 0 // important colors
        };

        // file size offset 54
    uint16_t file_size = WIDTH * HEIGHT * 2 + DATA_OFFSET;
    header[2] = (uint8_t)(file_size & 0x000000ff);
    header[3] = (file_size >> 8) & 0x000000ff;
    header[4] = (file_size >> 16) & 0x000000ff;
    header[5] = (file_size >> 24) & 0x000000ff;

    // height
    header[18] = HEIGHT & 0x000000ff;
    header[19] = (HEIGHT >> 8) & 0x000000ff;
    header[20] = (HEIGHT >> 16) & 0x000000ff;
    header[21] = (HEIGHT >> 24) & 0x000000ff;

    // width
    header[22] = WIDTH & 0x000000ff;
    header[23] = (WIDTH >> 8) & 0x000000ff;
    header[24] = (WIDTH >> 16) & 0x000000ff;
    header[25] = (WIDTH >> 24) & 0x000000ff;  

Step2.  获取当前帧，进行RGB565到RGB555的转换，将转换后的数据放入MemoryHeap中
    unsigned int i;
    for(i=0;i<DATA_OFFSET;i++){
      *((uint8_t*)heap->base()+i)=header;
    }
   
    Ov965xCamera->getNextFrameAsRgb565((uint16_t*)heap->base()+DATA_OFFSET/2);
   
    uint16_t *heap_base = (uint16_t*)heap->base();
    uint16_t pixel_data;
    uint8_t tail_data;
    for(i=DATA_OFFSET/2;i<DATA_OFFSET/2+WIDTH*HEIGHT;i++){
      pixel_data = *(heap_base+i);
      tail_data = (uint8_t)(pixel_data & 0x001f);
      pixel_data = (pixel_data & 0xffc0)>>1 | tail_data;
      *(heap_base+i)=pixel_data;
    }   
Step3. 调用callback，将数据存储到设备，并释放MemoryHeap
    mDataCb(CAMERA_MSG_COMPRESSED_IMAGE, mem, mCallbackCookie);
    heap=NULL;  

到这里，OK6410的Android系统就真正可以拍照了，通过之前介绍编译的方法，将编译好的libcamera.so放入目标机的/system/lib中，重启就能看到效果了，这是我用OV9650拍的照片，在PC上查看建议把jpg后缀名改为bmp，在Android上查看没任何问题：

(原文件名:555.jpg)
附件下载：

libcamera.so和相关源代码 点击此处下载 ourdev_684188US6TYZ.zip(文件大小:19K) (原文件名:libcamera.zip)


待解决的问题：
1. 目前输出的文件虽然是jpg后缀，但实际是BMP格式的，想法是使用external/jpeg库中的函数来解决。
2. 目前输出为320*240，若要使用更大分辨率，势必要更大的MemoryHeap。比如需要1024*768*2字节的空间，虽然可以申请，但暂时无法访问到后面的空间，目前还没想到解决方案。
希望大家能一起把以上这两个问题解决，这样我们的开发板就能在图像应用上有更多用武之地了！

文章转引自 飞凌嵌入式Android技术讨论区：www.witech.com.cn
原文地址： www.th7.cn/Program/Android.shtml 感谢FlexChen大神整理。