ALSA之CODEC分析

来源:互联网 发布:明星的淘宝店铺 编辑:程序博客网 时间:2024/03/28 20:13

ALSA: Advanced Linux Sound Architecture,它包括内核驱动集合、API库和工具。用户层程序直接调用libsound的API库,不需要打开设备等操作,因此编程者不需要了解底层细节。

这里不分析ALSA的核心代码core,也不阐述如何在用户层进行声卡编程,仅仅简要介绍在ALSA的架构上添加一个声卡驱动,即上图中的Sound Driver。其实文档《wirte an alsa driver》很详尽的介绍如何写一个ALSA驱动,但是那是以PCI声卡为例的。在嵌入式中,音频数据传输一般用I2S接口,控制一般用I2c或SPI接口。如下仅以嵌入式声卡为例,其驱动代码一般放在sound/soc下面。

以数据结构为线索,简要解析其过程。每个重要结构体旁边有个类似的标号[XX],[xx]为[0]时,表明这个结构体是一个大类,包含标号为[1]的结构体……;[xx]为[EXT]时,表明该结构体不在本模块使用。


CODEC


驱动代码位于sound/soc/codec下,如uda134x.c。


struct snd_soc_dai [0]

/* * Digital Audio Interface runtime data. * * Holds runtime data for a DAI. */struct snd_soc_dai {/* DAI description */char *name;unsigned int id;int ac97_control;struct device *dev;void *ac97_pdata;/* platform_data for the ac97 codec *//* DAI callbacks */int (*probe)(struct platform_device *pdev,     struct snd_soc_dai *dai);void (*remove)(struct platform_device *pdev,       struct snd_soc_dai *dai);int (*suspend)(struct snd_soc_dai *dai);int (*resume)(struct snd_soc_dai *dai);/* ops */struct snd_soc_dai_ops *ops;/* DAI capabilities */struct snd_soc_pcm_stream capture;struct snd_soc_pcm_stream playback;unsigned int symmetric_rates:1;/* DAI runtime info */struct snd_pcm_runtime *runtime;struct snd_soc_codec *codec;unsigned int active;unsigned char pop_wait:1;void *dma_data;/* DAI private data */void *private_data;/* parent platform */struct snd_soc_platform *platform;struct list_head list;};

模块初始化函数中都需要调用snd_soc_register_dai()将定义好的结构体snd_soc_dai注册到ALSA中。而对于结构体snd_soc_dai有几个成员是非常重要的,如name、capture、playback、ops。

name指定模块声卡名称;capture是录音参数设定,playback是播放参数设定,均包含channel数目、PCM_RATE和PCM_FMTBIT等信息;ops是声卡操作函数集合指针,这个操作函数集合详见struct snd_soc_dai_ops定义,主要实现的有hw_params(硬件参数设定)、digital_mute(静音操作)、set_fmt(格式配置)等,这些函数的实现均与硬件相关,根据硬件的数据手册来实现。


以下是struct snd_soc_dai的定义范例:

struct snd_soc_dai uda134x_dai = {.name = "UDA134X",/* playback capabilities */.playback = {.stream_name = "Playback",.channels_min = 1,.channels_max = 2,.rates = UDA134X_RATES,.formats = UDA134X_FORMATS,},/* capture capabilities */.capture = {.stream_name = "Capture",.channels_min = 1,.channels_max = 2,.rates = UDA134X_RATES,.formats = UDA134X_FORMATS,},/* pcm operations */.ops = &uda134x_dai_ops,};

小结:以上的结构体看起来复杂,实现上基本结构是非常简单易懂的。所要做的工作有:

1/定义snd_soc_dai和snd_soc_dai_ops这两个结构体,前者设置好capture & playback的参数和声卡函数操作集合指针,该指针指向snd_soc_dai_ops结构体;

2/根据硬件数据手册编写相关操作函数如hw_params、set_fmt和digital_mute等;

3/编写模块初始化函数uda134x_init(),调用snd_soc_register_dai()注册之前定义好的snd_soc_dai。

注:关于2的相关操作函数,之前也提过控制一般用I2C或SPI接口的。但是在操作函数里,我们可以使用codec->hw_write()来操作。当然在probe函数中,hw_write是在probe初始化好的,如codec->hw_write = (hw_write_t)i2c_master_send;,这就使得控制接口抽象起来。


struct snd_soc_codec_device [EXT]

接下来有一个结构体snd_soc_codec_device要留意的,一般来说,这个结构体是在codec下定义,但是注册操作是在另外一个文件中进行的,以2410的UDA134X为例是在sound/soc/s3c24xx/s3c24xx_uda134x.c。这些留到以后分析,这里只是需要将这个结构体EXPORT出来就行了如:EXPORT_SYMBOL_GPL(soc_codec_dev_uda134x);。

先看snd_soc_codec_device结构体定义:

/* codec device */struct snd_soc_codec_device {int (*probe)(struct platform_device *pdev);int (*remove)(struct platform_device *pdev);int (*suspend)(struct platform_device *pdev, pm_message_t state);int (*resume)(struct platform_device *pdev);};
根据结构体定义,我们可以按部就班编写uda134x_probe、uda134x_remove、uda134x_suspend和uda134x_resume函数,然后将这个结构体EXPORT出来,使其在之后的模块中注册。Probe指声卡的探测与初始化,remove指声卡的卸载,suspend指声卡的休眠,resume指声卡从休眠状态下恢复。详细介绍probe函数。

先看一下probe的代码脉络:

static int uda134x_soc_probe(struct platform_device *pdev){    //获得snd_soc_device结构体    struct snd_soc_device *socdev = platform_get_drvdata(pdev);    struct snd_soc_codec *codec;    …    //为codec分配内存    socdev->card->codec = kzalloc(sizeof(struct snd_soc_codec), GFP_KERNEL);    if (socdev->card->codec == NULL)        return ret;    codec = socdev->card->codec;    …    //初始化codec    codec->name = "uda134x";    codec->owner = THIS_MODULE;    codec->dai = &uda134x_dai; //指向上面定义好的dai    codec->num_dai = 1;    codec->read = uda134x_read_reg_cache; //控制接口—读    codec->write = uda134x_write;         //控制接口—写    …    mutex_init(&codec->mutex);    INIT_LIST_HEAD(&codec->dapm_widgets);    INIT_LIST_HEAD(&codec->dapm_paths);        …    /* register pcms */    ret = snd_soc_new_pcms(socdev, SNDRV_DEFAULT_IDX1, SNDRV_DEFAULT_STR1);    …        ret = snd_soc_add_controls(codec, uda134x_snd_controls,                    ARRAY_SIZE(uda134x_snd_controls));    …         /* register card */    ret = snd_soc_init_card(socdev);}

开始看到socdev = platform_get_drvdata(pdev)这句不免有点疑惑,到底pdev是在哪里初始化好了?答案是sound/soc/<SOC>目录下的文件中,如sound/soc/s3c24xx/s3c24xx_uda134x.c。在声卡的初始化过程中,其实首先是调用sound/soc/<SOC>下的相关驱动的probe函数,在probe有platform_set_drvdata()的操作,这里有个将指针类型的转换:(struct snd_soc_device *s) ==> (struct platform_device *)。


snd_soc_add_controls()将操作集合挂到card->control链表上来,这个集合实现了音频播放时各个参数的设置,主要有.info、.get和.set。如playback volume control:SOC_DOUBLE_R_TLV("Playback Volume", SNDCARD_REG_L_GAIN, SNDCARD_REG_R_GAIN, 0, 192, 0, digital_tlv),其中SNDCARD_REG_L_GAIN和SNDCARD_REG_R_GAIN分别是左右声道音量增益寄存器偏移。最终要调用的函数都是在soc-core.c里面的,这里只是提供一些跟硬件相关的参数,大为增加了代码的复用性。


对于函数snd_soc_new_pcms()是这样描述的:Create a new sound card based upon the codec and interface pcms.这个函数非常重要,用于创建一个PCM实例以便播放数据流。函数里重要的是如下两句:

ret = snd_card_create(idx, xid, codec->owner, 0, &codec->card);ret = soc_new_pcm(socdev, &card->dai_link[i], i);

前者create and initialize a soundcard structure,然后这个codec->card会接下的snd_soc_init_card()进行初始化。后者创建播放流/录音流的子流,将所有播放流/录音流的子流操作函数设为soc_pcm_ops。


小结:这一部分有点复杂,要实现probe、remove、suspend和resume,还有一系列的snd_kcontrol_new参数设置函数数组。另外有个地方要清楚的:初始化的过程是SOC_soc_init()->platform_device_add()->soc_codec_dev_uda134x.probe即uda134x_probe()。【对于s3c24xx_uda134x是:s3c24xx_uda134x_probe()->platform_device_add()->soc_codec_dev_uda134x.probe即uda134x_soc_probe()】


Machine


驱动代码位于sound/soc/<SOC>下,如s3c24xx_uda134x.c。这部分的probe是先于CODEC中的probe调用的。


struct snd_soc_device [0]

/* SoC Device - the audio subsystem */struct snd_soc_device {struct device *dev;struct snd_soc_card *card;struct snd_soc_codec_device *codec_dev;void *codec_data;};
这个结构体用于向内核注册一个device。初始化一般如下:

static struct snd_soc_device SOC_SNDCARD_snd_devdata = {    .card = &snd_soc_s3c24xx_uda134x,    .codec_dev = &soc_codec_dev_uda134x,//就是CODEC定义的snd_soc_codec_device结构体    .codec_data = &s3c24xx_uda134x,     //私有数据,一般存放SNDCARD控制接口信息,如I2C从设备地址等};

对于module_init,其实用platform_driver_register注册一个platform_driver结构体的方式也好,还是直接写一个init也好,都问题不大。前者更贴近Linux的驱动模型。Probe的一般过程如下:

static int s3c24xx_uda134x_probe(struct platform_device *pdev){                s3c24xx_uda134x_snd_devdata.codec_dev = &soc_codec_dev_uda134x;    s3c24xx_uda134x_snd_device = platform_device_alloc("soc-audio", -1);    platform_set_drvdata(s3c24xx_uda134x_snd_device,                 & s3c24xx_uda134x_snd_devdata);    s3c24xx_uda134x_snd_devdata.dev = & s3c24xx_uda134x_snd_device->dev;    platform_device_add(s3c24xx_uda134x_snd_device);}

可以看到CODEC定义的struct snd_soc_codec_device soc_codec_dev_uda134x在这里进行platform_device_add的,随后便执行soc_codec_dev_uda134x.probe,其过程可以复习CODEC中的uda134x_soc_probe()。

接下来是s3c24xx_uda134x_snd_devdata.card的来历。


struct snd_soc_card [1]

/* SoC card */struct snd_soc_card {char *name;struct device *dev;struct list_head list;int instantiated;int (*probe)(struct platform_device *pdev);int (*remove)(struct platform_device *pdev);/* the pre and post PM functions are used to do any PM work before and * after the codec and DAI's do any PM work. */int (*suspend_pre)(struct platform_device *pdev, pm_message_t state);int (*suspend_post)(struct platform_device *pdev, pm_message_t state);int (*resume_pre)(struct platform_device *pdev);int (*resume_post)(struct platform_device *pdev);/* callbacks */int (*set_bias_level)(struct snd_soc_card *,      enum snd_soc_bias_level level);/* CPU <--> Codec DAI links  */struct snd_soc_dai_link *dai_link;int num_links;struct snd_soc_device *socdev;struct snd_soc_codec *codec;struct snd_soc_platform *platform;struct delayed_work delayed_work;struct work_struct deferred_resume_work;};
定义这个结构体是让snd_soc_register_card()注册一个card的。初始化范例:

static struct snd_soc_card snd_soc_s3c24xx_uda134x = {.name = "S3C24XX_UDA134X",.platform = &s3c24xx_soc_platform,.dai_link = &s3c24xx_uda134x_dai_link,.num_links = 1,};

s3c24xx_soc_platform是定义在PCM中的,包含一系列pcm_ops操作函数集合等信息,这里不谈。成员.dai_link是本模块中的另外一个主角。


struct snd_soc_dai_link [2]

/* SoC machine DAI configuration, glues a codec and cpu DAI together */struct snd_soc_dai_link  {char *name;/* Codec name */char *stream_name;/* Stream name *//* DAI */struct snd_soc_dai *codec_dai;struct snd_soc_dai *cpu_dai;/* machine stream operations */struct snd_soc_ops *ops;/* codec/machine specific init - e.g. add machine controls */int (*init)(struct snd_soc_codec *codec);/* Symmetry requirements */unsigned int symmetric_rates:1;/* Symmetry data - only valid if symmetry is being enforced */unsigned int rate;/* DAI pcm */struct snd_pcm *pcm;};

因为一个平台可以运行多个音频设备,snd_soc_dai_link的作用也在这,将CODEC定义的snd_soc_dai挂到一个链表上。我这里没往下深究。.name指定codec名称;.codec_dai指向CODEC定义的snd_soc_dai结构体;.cpu_dai指向I2S定义的snd_soc_dai结构体;.ops接下来分析。一般来说,初始化以上几个成员就行了。


struct snd_soc_ops [3]

/* SoC audio ops */struct snd_soc_ops {int (*startup)(struct snd_pcm_substream *);void (*shutdown)(struct snd_pcm_substream *);int (*hw_params)(struct snd_pcm_substream *, struct snd_pcm_hw_params *);int (*hw_free)(struct snd_pcm_substream *);int (*prepare)(struct snd_pcm_substream *);int (*trigger)(struct snd_pcm_substream *, int);};
在这里,一般需要实现.hw_paras、.startup和.shutdown,这些均是对pcm substream进行操作的。例如在s3c24xx_soc_hw_params()中,有:
snd_soc_dai_set_fmt(cpu_dai, SND_SOC_DAIFMT_I2S);//设置为I2S modesnd_soc_dai_set_sysclk(codec_dai, 0, 11289600, SND_SOC_CLOCK_IN);//设置主时钟MCLK频率

注:如果留意到CODEC小结中的2/,那么就会明白,在这里定义的操作最终会调用到CODEC(或许还有PCM、I2S中的)里定义好的set_fmt、set_sysclk等回调函数。


小结:这一层的重要的结构体是一脉相承的,并没有复杂的分支,除了codec_dev是从CODEC Export过来,platform从PCM Export过来,cpu_dai从I2S Export过来。函数主要是module_init()和一个snd_soc_ops操作函数集合。这一层负责将音频设备的几部分模块与CPU平台挂起来。


注:底层硬件操作—

CODEC:控制接口及芯片基本初始化

PCM:pcm dma操作

I2S:i2s配置操作


之后i2s和pcm其实都跟codec差不多了,只需要理解alsa-core、<soc>、<codec、pcm、i2s>三层的关系。其中codec、pcm、i2s可以看做同层的,分别对于音频设备的control、dma、i2s接口;<codec、pcm、i2s>会分别export相关结构体给<soc>层,<soc>层将音频设备三部分与CPU Spec联结起来,其probe顺序是<SOC>.probe-><codec, pcm, i2s>.probe;另外<codec、pcm、i2s>在各自的module_init中将自身注册到alsa-core中。


有空再写一些pcm dma方面的。