2. 编写第一个 V4L2 字符设备驱动骨架

任务目标

编写一个Linux用户空间程序，通过V4L2接口打开摄像头设备（如/dev/video0），查询并打印其设备能力信息，包括驱动名称、设备名称、总线信息、版本号、支持的文件格式（I/O方法）以及设备能力标志。该程序是后续所有V4L2摄像头操作（采集、设置格式等）的基础探测步骤。

环境与依赖

• Linux系统（带V4L2内核支持，标准内核均已包含）
• 摄像头设备节点：/dev/video0（若设备不同，通过命令行参数指定）
• 编译器：gcc
• 头文件：linux/videodev2.h（系统自带）、sys/ioctl.h、fcntl.h

关键完整代码

// v4l2_query_caps.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/videodev2.h>

static void print_capability(const struct v4l2_capability *cap) {
    printf("驱动名称 (driver)     : %s\n", cap->driver);
    printf("设备名称 (card)       : %s\n", cap->card);
    printf("总线信息 (bus_info)   : %s\n", cap->bus_info);
    printf("内核版本 (version)    : %u.%u.%u\n",
           (cap->version >> 16) & 0xFF,
           (cap->version >> 8) & 0xFF,
           cap->version & 0xFF);

    printf("设备能力 (capabilities): 0x%08X\n", cap->capabilities);
    printf("  支持的文件格式:\n");
    if (cap->capabilities & V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE)
        printf("    - 视频采集 (Video Capture)\n");
    if (cap->capabilities & V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT)
        printf("    - 视频输出 (Video Output)\n");
    if (cap->capabilities & V4L2_CAP_STREAMING)
        printf("    - 流式I/O (Streaming)\n");
    if (cap->capabilities & V4L2_CAP_READWRITE)
        printf("    - 读写I/O (Read/Write)\n");

    printf("设备专用能力 (device_caps): 0x%08X\n", cap->device_caps);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    const char *dev_path = (argc > 1) ? argv[1] : "/dev/video0";

    int fd = open(dev_path, O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("打开设备失败");
        return 1;
    }

    struct v4l2_capability cap;
    memset(&cap, 0, sizeof(cap));

    if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap) < 0) {
        perror("VIDIOC_QUERYCAP 失败");
        close(fd);
        return 1;
    }

    print_capability(&cap);
    close(fd);
    return 0;
}

编译与运行

# 编译
gcc -o v4l2_query_caps v4l2_query_caps.c

# 运行（默认查询 /dev/video0）
./v4l2_query_caps

# 指定其他设备节点
./v4l2_query_caps /dev/video1

验证方法与判定标准

1. 权限检查：若打开设备返回Permission denied，将当前用户加入video组或使用sudo运行。
2. 成功标志：程序正常退出（exit code 0），并打印出非空的driver、card、bus_info字段。
3. 能力字段合理性：对于标准UVC摄像头，driver通常为uvcvideo；capabilities应包含V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE和V4L2_CAP_STREAMING。若打印的driver为uvcvideo且包含上述标志，说明查询成功。
4. 交叉验证：可运行系统命令v4l2-ctl --device=/dev/video0 --all（需安装v4l-utils包）对比Driver name、Card type等字段，应与本程序输出一致。

常见问题

• ioctl返回ENOTTY：设备节点不是V4L2设备（如普通串口），确认/dev/video*路径正确。
• 打开设备失败ENOENT：设备节点不存在，检查摄像头是否连接或驱动是否加载（ls /dev/video*）。
• device_caps与capabilities的区别：capabilities表示设备整体能力，device_caps表示当前设备节点实际可用的能力。对大多数单节点摄像头，两者一致。