USB UVC 设备示例

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功能说明

演示如何使用 USB UVC（USB Video Class）设备功能将摄像头采集的视频流通过 USB 接口传输到 PC，使设备作为标准 USB 摄像头被识别和使用。

本示例基于 TinyUSB 协议栈实现 UVC 设备功能，支持将 LISA Camera 采集的 图片格式为YUV422(YCbYCr422) ，图片大小为640*480的视频流实时传输到PC端，可被PC标准视频应用程序（如 ffmpeg、VLC或potplayer等）直接使用。

硬件连接

开发板

  • Arcs-EVB开发板

摄像头连接

  • 摄像头模组: GC0328 DVP 接口摄像头

  • 接口类型: DVP（Digital Video Port）

  • I2C 配置: I2C0 用于摄像头配置

USB 连接

  • 连接方式: Arcs-EVB开发板的USB_ARCS的USB口通过USB线缆连接到PC

示例内容

  1. 初始化 LISA Camera 驱动，配置摄像头分辨率和像素格式

  2. 初始化 USB UVC 设备，配置 USB 描述符和 UVC 类参数

  3. 注册摄像头帧回调函数，接收采集的视频帧

  4. 启动摄像头采集，通过 UVC 接口将视频流传输到 PC

  5. PC 端识别为标准 USB 摄像头设备

编译

重要提示：在编译前，请先确认您使用的开发板型号。SDK 目前支持以下开发板：

  • arcs_evb - ARCS EVB 评估板

  • arcs_mini - ARCS Mini 开发板

根据您的开发板型号，选择对应的编译命令：

在示例目录下执行编译:

# 使用 arcs_evb 开发板
./build.sh -C -DBOARD=arcs_evb

# 或使用 arcs_mini 开发板
./build.sh -C -DBOARD=arcs_mini

Note

如果在 SDK 根目录执行，需要指定示例路径:

# 使用 arcs_evb 开发板
./build.sh -C -S samples/<示例路径> -DBOARD=arcs_evb

# 或使用 arcs_mini 开发板
./build.sh -C -S samples/<示例路径> -DBOARD=arcs_mini

Note

确保已安装对应的工具链。

烧录

编译完成后，使用 SDK tools 目录下的 cskburn 工具烧录固件:

./tools/burn/cskburn -s /dev/ttyUSB0 -b 3000000 0x0 build/arcs.bin -C arcs

Note

烧录参数说明：

  • -s /dev/ttyUSB0：串口设备路径，需要根据实际情况修改 - Linux 系统：通常是 /dev/ttyUSB0 或 /dev/ttyACM0 - 可通过 ls /dev/tty* 命令查看可用串口设备 - 不同开发板或 USB 转串口芯片可能使用不同的设备名

  • -b 3000000：烧录波特率（3Mbps）

  • 0x0：烧录起始地址

  • build/arcs.bin：编译生成的固件路径

  • -C arcs：芯片类型

注意事项：

  • 确保开发板已正确连接到电脑

  • 如果无法识别串口设备，请检查 USB 连接线是否正常，或尝试其他 USB 端口

预期输出

设备端日志:

********Arcs SDK 0.1.0 @ v0.0.1-779-g94ba42f861c1********
Running on hart-id: 1
I/elog            [1034:42:44.160 1 elog_async] EasyLogger V2.2.99 is initialize success.
I/lisa_i2c_arcs   [1034:42:44.161 1 elog_async] I2C0 initialized successfully
I/lisa_dvp        [1034:42:44.161 1 elog_async] DVP driver initialized
I/main            [1034:42:44.163 1 main] === Camera UVC Streaming Demo
I/main            [1034:42:44.163 1 main] Resolution: 640x480 @ 15 fps
I/video_camera    [1034:42:44.163 1 main] camera device ready
I/video_camera    [1034:42:44.163 1 main] Setting up camera...
I/lisa_camera     [1034:42:44.165 1 main] PWDN pin initialized (pin=7)
I/lisa_camera     [1034:42:44.165 1 main] Enabling XCLK output: 12000000 Hz
I/lisa_i2c_arcs   [1034:42:44.167 1 main] I2C configured: speed=400000 Hz, mode=master
I/lisa_camera     [1034:42:44.169 1 main] Sensor detected: PID=0x009D, addr=0x21
I/lisa_camera     [1034:42:44.655 1 main] Detected sensor frame size: 640x480
I/lisa_camera     [1034:42:44.657 1 main] Detected sensor pixel format: 0
I/lisa_camera     [1034:42:44.657 1 main] Frame buffers initialized: count=5, size=614400
I/lisa_camera     [1034:42:44.657 1 main] Camera setup completed
I/video_camera    [1034:42:44.657 1 main] Camera capabilities: max_width=640, max_height=480, supported_formats=0x00000005
I/lisa_camera     [1034:42:44.666 1 main] Frame buffers re-initialized: count=5, size=614400
I/lisa_camera     [1034:42:44.670 1 main] Frame buffers re-initialized: count=5, size=614400
I/lisa_dvp        [1034:42:44.670 1 main] DVP initialized successfully with GPDMA channel 2
I/lisa_dvp        [1034:42:44.670 1 main] DVP clockout enabled successfully, freq: 12000000 Hz
I/video_camera    [1034:42:44.671 1 camera_task] Capture task started
I/video_camera    [1034:42:44.671 1 main] Camera capture started with internal task
I/uvc_stream      [1034:42:44.671 1 main] TinyUSB UVC class ready

I/video_camera    [1034:42:44.673 1 main] Frame callback registered
I/lisa_dvp        [1034:42:44.673 1 main] DVP capture started
I/camera_bus_dvp  [1034:42:44.673 1 main] DVP Normal capture started
I/lisa_camera     [1034:42:44.673 1 main] Camera started
I/main            [1034:42:44.673 1 main] Camera capture started
I/camera_bus_dvp  [1034:42:44.863 1 isr] dvp_event_callback: event:1
I/camera_bus_dvp  [1034:42:44.950 1 isr] dvp_event_callback: event:1
I/camera_bus_dvp  [1034:42:45.037 1 isr] dvp_event_callback: event:1
I/camera_bus_dvp  [1034:42:45.123 1 isr] dvp_event_callback: event:1
I/camera_bus_dvp  [1034:42:45.210 1 isr] dvp_event_callback: event:1
I/uvc_stream      [1034:42:45.258 1 usbd] USB mounted
I/camera_bus_dvp  [1034:42:45.297 1 isr] dvp_event_callback: event:1
I/camera_bus_dvp  [1034:42:45.383 1 isr] dvp_event_callback: event:1
I/camera_bus_dvp  [1034:42:45.470 1 isr] dvp_event_callback: event:1

PC 端测试方法

Windows

正常情况下设备管理器中查看”照相机”或”图像设备”分类下面是否有一个UVC Control的设备，如果有则进行下面操作

# 打开设备查看图片数据
ffplay.exe -f dshow -pixel_format yuyv422 -video_size 640x480 -i video="UVC Control"

# 保存图片数据到文件
ffmpeg.exe -f dshow -video_size 640x480 -pixel_format yuyv422 -i video="UVC Control" -c:v rawvideo out_yuyv.avi

Linux

# 查看video设备
➜ v4l2-ctl --list-devices  # 得到名字为TinyUSB的设备，实际设备为/dev/video2，如下所示
TinyUSB Device: UVC Control (usb-0000:00:14.0-3.3.1.3):
    /dev/video2
    /dev/video3
    /dev/media1

# 使用ffplay播放视频(具体设备由上面命令得出，此处假设设备为/dev/video2)
ffplay \
  -f v4l2 \
  -input_format yuyv422 \
  -video_size 640x480 \
  -i /dev/video2

# 保存YUYV422原始图片数据到文件(具体设备由上面命令得出，此处假设设备为/dev/video2)
ffmpeg \
  -f v4l2 \
  -input_format yuyv422 \
  -video_size 640x480 \
  -i /dev/video2 \
  -c:v rawvideo \
  out_yuyv_640x480.avi

核心 API

Camera API

API

说明

video_camera_init()

初始化摄像头，配置分辨率和格式

video_camera_register_callback()

注册帧回调函数

video_camera_start_capture()

启动摄像头采集

video_camera_stop_capture()

停止摄像头采集

UVC API

API

说明

uvc_stream_init()

初始化 UVC 设备

uvc_stream_send_data()

发送视频帧数据到 UVC

关键代码

摄像头初始化

/* 配置摄像头参数 */
camera_config_t config = {
    .width = CONFIG_IMAGE_WIDTH,
    .height = CONFIG_IMAGE_HEIGHT,
    .format = LISA_CAMERA_PIXFMT_YUV422,
};
ret = video_camera_init(&config);

帧回调处理

/* 摄像头帧回调函数 */
static void on_frame_captured(camera_frame_t *frame, void *user_data)
{
    /* 将摄像头帧数据发送到 UVC */
    uvc_stream_send_data((video_info_t *)frame);
}

/* 注册回调 */
video_camera_register_callback(on_frame_captured, NULL);

UVC 数据传输

/* 初始化 UVC */
ret = uvc_stream_init();

/* 启动采集 */
ret = video_camera_start_capture();

注意事项

  1. 摄像头型号: 目前仅测试GC0328

  2. 内存需求: UVC 传输YUYV422原始图片需要大量内存缓冲，确保 PSRAM 配置足够

  3. USB 连接: 需确保 USB 线缆支持USB2.0的480Mbps的数据传输速度

  4. 帧率限制: 实际帧率受MCU处理性能限制，低于配置值，实测FPS=11.5(在linux平台测试)

  5. 像素格式: 当前示例仅使用 YUV422(YCbYCr422) 格式，帧大小为640480，用户可以扩展其他帧格式(如mpeg)和帧大小(如320240)

  6. 驱动支持: Windows 10/11、Linux均原生支持 UVC 设备，无需额外驱动

  7. 回调线程: 帧回调在摄像头驱动线程中执行，避免在回调中执行耗时操作