【audio】耳机插拔/线控按键识别流程

耳机插拔/线控按键识别流程

1.文档概述

本文以msm8909平台，android N为例，介绍了通用情况下，耳机插拔的流程步骤，以及对耳机类型的识别逻辑。以方便在项目工作中经常会遇到耳机不被识别，或者识别后不能正常工作等情况，都可以参考此文档检测判断逻辑，确定问题根本，理解底层框架。

2.耳机的类型

从主观来看，耳机分三段耳机和四段耳机，而四段耳机又分为欧标和美标两种。通常，四段耳机被写作headset，而三段耳机写作headphones。具体的区别如下图：

l  三段耳机：线序分别为，L、R、G，没有MIC端，所以三段耳机无法使用mic，只能接受声音，另外，三段耳机L,R线序长度正常，G端比较长

l  四段-美标(CTIA)耳机：线序分别为L,R,G,M，第三阶为GND

l  四段-欧标（OMTP）耳机：线序分别为L,R,M,G，第四段为GND

由于CTIA和OMTP在MIC和GND是相反的，所以会出现有些耳机插入手机上声音很小，按住HOOK将恢复正常，说明耳机和手机不匹配造成。

如想兼容两种不同类型的耳机：

有以下方式可以选择：

1.      增加硬件兼容支持两种耳机

2.      使用转接线

在软件上，除了上述情况以外，还有一些外设设备会链接到耳机接孔，比如：自拍杆，外接音箱，TTY设备或者AUX延长线等，在软件上，对这些额外的设备进行了一个分类，如下枚举：

65enum wcd_mbhc_plug_type {

66      MBHC_PLUG_TYPE_INVALID= -1, ——无效设备

67      MBHC_PLUG_TYPE_NONE,    ——未接入设备

68      MBHC_PLUG_TYPE_HEADSET,        ——四段耳机

69      MBHC_PLUG_TYPE_HEADPHONE,          ——三段耳机

70      MBHC_PLUG_TYPE_HIGH_HPH,    ——高阻抗耳机

71      MBHC_PLUG_TYPE_GND_MIC_SWAP,   ——欧美标标志位

72};

可以在log中检索如下样例，确认目前MBHC耳机状态类型

wcd_mbhc_find_plug_and_report: entercurrent_plug(1) new_plug(2)

除了上述以外，还有一种LINE_OUT设备，如AUX延长线，以上几种情况都是一些本身比较特别的耳机接口，当然LINE­_OUT本身也属于一种特殊的HIGH_HPH设备，其中比较普遍的如iphone的耳机属于HIGH_HPH设备。

个人经验，在插入自拍杆和编写音箱球的时候，从LOG上看，是被识别成headset处理的。但音箱球是个很特殊的设备，电阻超过我们阀值很多，欧标配置的手机可能适用这个设备。在PIXI445TF上插入音箱球后有图标，但却无法正常使用。这样的情况的原因是，为们增大了识别的阀值，但平台却不支持这样的设备造成。

2.1  如何区分欧标和美标耳机

通常在国内有一些简单的区分方式，比如依照中间的橡胶圈来区分，白色是美标，黑色素欧标（国内大部分厂商都使用欧标，所以也有把OMTP叫做国标）。PS：这种说法仅作参考，因为黑色橡胶圈的美标耳机也有很多

区分美标或者欧标，可以简单的用万能表来测量耳机电阻，确定线序中的GND是在第三段或者第四段，具体方法不再赘述。

另外，万能表对耳机的检测仅能做参考，测量出来的具体数值并不太准确，如果需要准确数值，需要插入手机后，用示波器量出电压电流来计算。

2.2 对耳机的检测

Qcom对耳机的检测是在wcd_mbhc_v2.c中进行，在耳机接孔中存在一个detced引脚，用于检测是否有设备接入，具体接入的设备，会根据对micbias的电压等参数来做判断，下面会做详细介绍。

目前市面上耳机的阻抗不同，大都在32欧姆左右，driver会根据不同电阻来配置不同响度，在void wcd_imped_config()函数中会有这样的逻辑。

从目前来看，这个阀值需要调节至36，因为如果以32作为临界值，会有很多客户发现部分耳机使用起来音量大小差异较大（差了4.5db）。

以iphone的耳机，接入设备有执行以下流程，如下流程图：

以上步骤分别注释：

1.      耳机插入后会产生中断，确认事件，但在接入时候可能会由GND接触MIC端造成硬件短路等情况，所以需要在接入时候进行一个2s的延迟（qcom默认是0.5s）来确认是耳机插入事件，而不是btn事件。这点可以用于优化个别耳机接入后自动出现音量调节的问题。

2.      中断中进入第一次耳机类型检测代码：static void wcd_mbhc_detect_plug_type(struct wcd_mbhc *mbhc)

3.      第一次耳机类型检测代码处理：在50ms内反复读取0x1580x159的两个寄存器的值，（注意这两个寄存器的值是跟HS_VREF threshold 的设置有关）

4.      第一次耳机类型检测代码处理：确认检测出来0x158 0x159寄存器值是否等于（0 ，0）

5.      如果0x158和0x159的值为（0，0）说明是类型是耳机，直接上报给上层

6.      若寄存器值是（0，1），说明是高阻态耳机类型

7.      进入第二次耳机类型检测代码（static void wcd_correct_swch_plug(struct work_struct *work)）。

8.      同时确认耳机不是欧标/美标，在static int wcd_check_cross_conn(struct wcd_mbhc *mbhc)中，如果确认不支持某款，可以在该函数开始直接return false。

9.      同时在3s内读取0x159,0x158的寄存器的值，再进行判断

10.  如果读取出来的数值仍然为（0，1），说明结果仍然是高阻抗耳机

11.  进入特殊耳机检测（static bool wcd_is_special_headset(struct wcd_mbhc *mbhc)）

12.  特殊耳机检测（wcd_is_special_headset）会在2S内反复检测0x158 0x159寄存器值，并且抬高mic bais相关电压，正常情况电压会在1.5V左右，此时进行抬高会将电压增加到2.7V左右

13.  将电压抬到一定程度读出0x158 0x159寄存器值继续确认是否为（0 ，0）

14.  读出0x158 0x159寄存器值是（0 ，1），说明是高阻态设备，会进行上报处理后上报

以上结果，如果以目前手机情况，插入一个iphone的高阻抗耳机，大约需要7s左右才能正常识别到耳机，请留意该情况。

2.3 LINE_OUT DEVICE ERROR

由于个别LINE_OUT设备电阻太大造成的不识别问题，可以通过修改v_hs_max的参考电压来增加识别机率，qcom默认为1.5V，通常会增加到1.7V。qcom默认支持设备的电阻范围是在5k欧，但个别设备远远超过这个阀值，如AUX cable达到了2W+欧，移动音箱球达到了0.6M欧，可以修改linein_th的阀值来增加识别范围，建议最大设置为3W，否则会造成很多额外设备能够被识别成耳机，但却无法使用的问题。

3.耳机线控按键

通常耳机上的线控按钮会有一个或者三个，如果HOOK，音量+，音量-（音量调节的按钮只在部分耳机上会有，如TF运营商目前的标准仅支持一个HOOK按键）

HOOK的作用是由上层负责，底层只需要确保上报了对应的HOOK event给上层。

线控按钮的按键检测，在驱动中，会在如下的static void*def_msm8x16_wcd_mbhc_cal函数中进行阀值的设置：

/*

* In SW we are maintaining two sets of threshold register

* one for current source and another for Micbias.

* all btn_low corresponds to threshold for current source

* all bt_high corresponds to threshold for Micbias

* Below thresholds are based on following resistances

* 0-70    == Button 0

* 110-180 == Button 1

* 210-290 == Button 2

* 360-680 == Button 3

*/

btn_low[0] = 75;

btn_high[0] = 75;

btn_low[1] = 150;

btn_high[1] = 150;

btn_low[2] = 300;

btn_high[2] = 300;

btn_low[3] = 300;

btn_high[3] = 300;

btn_low[4] = 300;

btn_high[4] = 300;

值得注意到是，其中btn_low和btn_high的设定是对不同供电而言，Low对应Current Source的分压，High对应Mic Bias的分压，而这两种供电方式取决于应用场景的不同，采取不同的供电，分压值对应做不同的设置，如下代码中判断

btn_voltage =((is_micbias) ? btn_high : btn_low);

按键识别与耳机上btn[4]的阀值设置有关。由于我们的标配耳机mic阻值(300mV电压偏置下等效阻抗1.2Kohm)较小，current模式的时候vmic上电压较低，和btn[4]的范围有重叠，所以按Hook key的时候容易产生btn[4]的事件，虽然btn[4]没有用到，但是会影响到hook key的状态

软件的具体改动是把除了要用的两个键，其他的阀值都设成了300, 保证不会误按键产生，另外，鉴于很多自拍杆在按键都是触发btn2的情况，btn2需要适配自拍杆。

耳机按键硬件原理

上图是耳机MIc线控板的原理简化图，图中方框内是耳机内线控板mic和按键的等效电路，右侧是手机内的Mic接口偏置电路。

3.1.1  MIC的工作原理

在分压电阻R和MIC两端加DC偏置电压V，MOS管与MIC_BIAS电阻R(推荐2.2Kohm)分压，Mic电容振膜在接收声波振动时两端会产生微弱的电压变化，经过MOS管的放大脚放大后，Pin4与Pin3两端分的电压也会相应变化，此时采集到的交变信号就是音频的信号Output到手机Mic in端。

MIC2_P 为MIC输入及耳机按键功能检测，按键检测用于监测 耳机线控板按键，通过ADC检测电压范围（根据上面5主btn阀值）来识别是哪一种按键事件，实现对应的功能。关于按键识别ADC电压检测，可以参考Idol 4上的设置(高通平台)：

值得注意到是：

推荐手机端 V_mic bias为DC 2.8V，R_mic bias为2.2K ohm，调整系统内部btn（MIC2_P端）检测的电压范围阀值与 实际耳机一致；

其中，如果针对每个按钮去做计算，btn后的值计算公式如下：

原因说明：

因为高通平台在MIC未工作时，会降低V_micbias的电压值到几百mV级，经过偏置电阻R(2.2K)和MIC分压输入到 HS_DET端的电压如果不在 hook范围，会导致触发音量+/-等其它事件。

高通有一片文档，专门讲这个分区应该如何调试，文档名：application_note__multibutton_headset_control.pdf