在Linux下，基於v4l2通過Map對映方式使用USB攝像頭，流程有點複雜，剛開始每次看都彷彿看懂了，過一段時間就會蒙圈，直到我發現一個很好的比喻……這裡簡要介紹一下思路。

關鍵字：Linux，v4l2，Map，USB攝像頭，比喻理解

0. 你有一臺生產機器

我們把USB攝像頭比作生產機器，攝像頭產生的資料就是產品。
我們的目的就是把攝像頭產生的資料讀到記憶體，甚至讀到檔案中，就好像我們要把機器產生的產品通過物流中心送到客戶手中。

1. 為這臺機器申請庫房（VIDIOC_REQBUFS）

首先，我們需要為機器生產的產品申請庫房，而且還是多個庫房，以保證機器不間斷工作的產品可以有效輸出。一旦庫房不夠，機器產生的產品擺放不下，機器必須停止工作或者必須捨棄一些產品——這和我們對視訊連續採集的要求不符！

基於V4l2，首先為攝像頭申請物理快取：

//從網上下載“庫房申請表模板（v4l2_requestbuffers結構體）”，並列印申請表（rb）
struct v4l2_requestbuffers rb;  //庫房的申請表，我們需要在申請表中填好資訊
int ret;

memset(&rb, 0, sizeof rb);
rb.count = nbufs;   //庫房數量
rb.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  //庫房要儲存的產品型別
rb.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;   //庫房輸出產品的方式

ret = ioctl(dev, VIDIOC_REQBUFS, &rb);  //開始申請（VIDIOC_REQBUFS）
 

if (ret < 0) {
    printf("Unable to allocate buffers: %d.\n", errno);
    return ret;
}

2. 給庫房起名字（VIDIOC_QUERYBUF）

庫房代表實際的物理快取，我們稱呼的時候，不能只用手指著說這個庫房，辣個庫房。沒有名稱，不管是系統還是使用者，根本無法對申請到的物理快取進行操作！比如後面有個“快取入隊”的操作，通俗點講就是告訴系統該庫房可以使用，依據就是庫房標號index！

我們根據面向物件的思想，這一次我們借用另一個表格（v4l2_buffer 結構體），把庫房資訊統計完整，不僅給庫房起名，還統計了庫房儲存產品型別、庫房輸出產品方式等。表格（結構體）裡面需要的資訊我們都填上了！

基於v4l2，對物理快取資訊進行封裝：

for(int i=0;i<nbuf;i++){
    struct v4l2_buffer v4l2_buf;    //這次的表格借用的是v4l2_buffer結構體
    memset(&v4l2_buf, 0, sizeof v4l2_buf);
    v4l2_buf.index = i;     //庫房名稱index，1號房，2號房……
    v4l2_buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;    //庫房要儲存的產品型別
    v4l2_buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;     //庫房輸出產品的方式

    /*VIDIOC_QUERYBUF指令表示把物理快取和v4l2_buffer 結構體對應起來，
    可以理解為我們把填好的表格，貼到庫房門上*/
    if (ioctl(dev, VIDIOC_QUERYBUF, &v4l2_buf) < 0) {
        printf("Unable to query buffer %u (%d).\n", i, errno);
        close(dev);         
        return -1;
    }
}

注意：要給nbuf個庫房起名字，所以這裡使用for迴圈

3. 建立對映（Map）關係（設定庫房輸出產品的方式）

攝像頭錄影的資料傳輸過程：
攝像頭物理快取→ 記憶體（malloc申請到堆記憶體）→ h264_save.h264；
這相當於： 庫房 → 物流中心 → 客戶手中；

剛才我們一直提到的“輸出產品的方式”，其實就是如何將資料從攝像頭申請的私人空間，轉移到我們可以使用的使用者快取空間？一般有“對映方式”、“使用者手動讀取方式”等。

這相當於我們庫房的產品，是如何輸送到物流中心。
使用者手動讀取方式，就是通過我們開車（read）把產品從庫房運送到物流中心；
對映方式則非常巧妙，不需要讀取，直接把物理快取對映到使用者快取，通俗點講，就是直接把庫房當做物流中心，快遞公司直接到庫房而不是物流中心取貨。
所以，對映方式省去了一個環節，更為高效。

程式碼分析：

//mem0[nbuf]是指標陣列，儲存nbufs塊使用者記憶體（通過malloc申請）的首地址
for(int i=0;i<nbuf;i++){
    //nbuf個庫房（物理快取）和nbuf個物流中心（使用者記憶體）建立對映關係
    mem0[i] = mmap(0, v4l2_buf.length, PROT_READ, MAP_SHARED, dev, v4l2_buf.m.offset);
if (mem0[i] == MAP_FAILED) {
    printf("Unable to map buffer %u (%d)\n", i, errno);
    close(dev);         
    return -1;
    }
}

注意：要使nbuf個庫房對應nbuf個物流中心，所以這裡使用for迴圈

4. 庫房準備就緒（物理快取入隊）（VIDIOC_QBUF）

VIDIOC_QBUF是個很重要的函式。
在錄影之前，需要使物理快取入隊，告訴系統這一塊物理快取是空的，是可以使用的。系統在獲取攝像頭資料時，自動把資料往這一塊記憶體上寫入；
在迴圈錄影過程中，需要把資料從物理快取對映到使用者記憶體空間，之後，同樣需要告訴系統，物理快取是可以使用的，系統就會把這塊快取“入隊”，輪到這塊快取時就寫入資料。

struct v4l2_buffer v4l2_buf;    //庫房表格資訊
for (i = 0; i < NBUFS; ++i) {
    memset(&v4l2_buf, 0, sizeof v4l2_buf);
    v4l2_buf.index = i;   //庫房標識號碼
    v4l2_buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    v4l2_buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

    //VIDIOC_QBUF指令，很可能就是一個宣告，告訴系統v4l2_buf（物理快取）是可以使用的
    if (ioctl(dev, VIDIOC_QBUF, &v4l2_buf) < 0) {
        printf("Unable to queue v4l2_buf.\n");
        close(dev);         
        return -1;
    }
}   

注意1：要讓nbuf個物理快取入隊，所以這裡使用for迴圈；

注意2：VIDIOC_QBUF在整個錄視訊期間都會用到，後面將會有更詳細的解釋。

5. 開始錄製視訊（VIDIOC_DQBUF + fwrite + VIDIOC_QBUF）

錄製視訊這件事包括以下三個步驟：
1. 把資料從物理快取讀到使用者記憶體（VIDIOC_DQBUF）
——把產品從庫房轉移到物流中心；
由於是對映關係已經建立，通過對映幾乎什麼都不用做就實現了該步；

在程式中我們執行：ioctl(dev, VIDIOC_DQBUF, &v4l2_buf)實現該步，我認為該步驟的功能是通知系統：貨物已經（從庫房）轉移到物流中心！
雖然這裡產品根本沒有移動，但對於系統來說，還有除了對映之外的其他方式，來實現產品從庫房轉移到物流中心；系統只關心貨物是否達到物流中心，而不關係怎麼到的！

所以這一步並不是可有可無的！
.
2. 把資料從使用者記憶體讀到檔案
——把產品從物流中心送達到使用者手中
物流中心數量有限，產品不能總是放在這裡，送到使用者手中才是根本目的。
對應起來就是通過fwrite函式，把資料從使用者記憶體（堆）寫到檔案中。
.
3. 物理快取入隊
——庫房準備就緒；
詳情參考：4. 庫房準備就緒（物理快取入隊）（VIDIOC_QBUF）

以上步驟迴圈……

程式實現：

struct v4l2_buffer v4l2_buf;    //庫房表格資訊
while(1) {
    /* 1.進行對映 Dequeue a buffer. 資料轉移到使用者記憶體mem0[i]*/
    if (ioctl(dev, VIDIOC_DQBUF, &v4l2_buf) < 0) {
        printf("Unable to dequeue v4l2_buf.\n");
        close(dev);
        return -1;
    }

    /* Record the H264 video file 資料讀到檔案中*/
    fwrite(mem0[v4l2_buf.index], v4l2_buf.bytesused, 1, file);

    //告知系統，物理快取中的資料已經讀取完畢，可以用來存放新的資料資訊
    if (ioctl(dev, VIDIOC_QBUF, &v4l2_buf) < 0) {
        printf("Unable to requeue v4l2_buf.\n");
        close(dev); 
        return -1;
    }

    fflush(stdout);
}   

注意：
錄視訊過程中，我們沒有通過index判斷當前是哪一塊物理快取（或使用者記憶體），因為這是系統決定的；
但是我們可以通過v4l2_buf.index獲得有效資訊，並寫入檔案中：
fwrite(mem0[v4l2_buf.index], v4l2_buf.bytesused, 1, file);

6. 歡迎討論

這麼理解可以解釋的通，也很好理解，可能有別人介紹的有出入。

誰有更好的解釋歡迎留言。