ALSA之PCM分析

CODEC ：音频芯片的控制，比如静音、打开（关闭）ADC（DAC）、设置ADC（DAC）的增益、耳机模式的检测等操作。
I2S   ：数字音频接口，用于CPU和Codec之间的数字音频流raw data的传输。每当有playback或record操作时，snd_soc_dai_ops.prepare()会被调用，启动I2S总线。
PCM   ：我不知道为什么会取这个模块名，它其实是定义DMA操作的，用于将音频数据通过DMA传到I2S控制器的FIFO中。

这里的PCM实际是就是更新和管理音频数据流的地址，分配DMA等等，将RAM中存放的音频数据的地址传给I2S，不是PCM协议。
音频数据流向：
     | DMA |                     | I2S/PCM/AC97 |
RAM --------> I2SControllerFIFO -----------------> CODEC ----> SPK/Headset


PCM模块初始化：

struct snd_soc_platform rk29_soc_platform = {.name= "rockchip-audio",.pcm_ops = &rockchip_pcm_ops,.pcm_new= rockchip_pcm_new,.pcm_free= rockchip_pcm_free_dma_buffers,};EXPORT_SYMBOL_GPL(rk29_soc_platform);static int __init rockchip_soc_platform_init(void){        DBG("Enter::%s, %d\n", __FUNCTION__, __LINE__);return snd_soc_register_platform(&rk29_soc_platform);}module_init(rockchip_soc_platform_init);static void __exit rockchip_soc_platform_exit(void){snd_soc_unregister_platform(&rk29_soc_platform);}

调用snd_soc_register_platform()向ALSA core注册一个snd_soc_platform结构体。


成员pcm_new需要调用dma_alloc_writecombine()给DMA分配一块write-combining的内存空间，并把这块缓冲区的相关信息保存到substream->dma_buffer中，相当于构造函数。pcm_free则相反。这些成员函数都还算简单，看看代码即可以理解其流程。

snd_pcm_ops

接着我们看一下snd_pcm_ops结构体，该结构体的操作函数集的实现是本模块的主体。

struct snd_pcm_ops {int (*open)(struct snd_pcm_substream *substream);int (*close)(struct snd_pcm_substream *substream);int (*ioctl)(struct snd_pcm_substream * substream,     unsigned int cmd, void *arg);int (*hw_params)(struct snd_pcm_substream *substream, struct snd_pcm_hw_params *params);int (*hw_free)(struct snd_pcm_substream *substream);int (*prepare)(struct snd_pcm_substream *substream);int (*trigger)(struct snd_pcm_substream *substream, int cmd);snd_pcm_uframes_t (*pointer)(struct snd_pcm_substream *substream);int (*copy)(struct snd_pcm_substream *substream, int channel,    snd_pcm_uframes_t pos,    void __user *buf, snd_pcm_uframes_t count);int (*silence)(struct snd_pcm_substream *substream, int channel,        snd_pcm_uframes_t pos, snd_pcm_uframes_t count);struct page *(*page)(struct snd_pcm_substream *substream,     unsigned long offset);int (*mmap)(struct snd_pcm_substream *substream, struct vm_area_struct *vma);int (*ack)(struct snd_pcm_substream *substream);};

我们主要实现open、close、hw_params、hw_free、prepare和trigger接口。

open

open函数为PCM模块设定支持的传输模式、数据格式、通道数、period等参数，并为playback/capture stream分配相应的DMA通道。其一般实现如下：

static int rockchip_pcm_open(struct snd_pcm_substream *substream){struct snd_pcm_runtime *runtime = substream->runtime;struct rockchip_runtime_data *prtd;DBG("Enter::%s----%d\n",__FUNCTION__,__LINE__);snd_soc_set_runtime_hwparams(substream, &rockchip_pcm_hardware);prtd = kzalloc(sizeof(struct rockchip_runtime_data), GFP_KERNEL);if (prtd == NULL)return -ENOMEM;spin_lock_init(&prtd->lock);runtime->private_data = prtd;return 0;}

其中硬件参数要根据芯片的数据手册来定义，如：

int snd_soc_set_runtime_hwparams(struct snd_pcm_substream *substream,const struct snd_pcm_hardware *hw){struct snd_pcm_runtime *runtime = substream->runtime;runtime->hw.info = hw->info;runtime->hw.formats = hw->formats;runtime->hw.period_bytes_min = hw->period_bytes_min;runtime->hw.period_bytes_max = hw->period_bytes_max;runtime->hw.periods_min = hw->periods_min;runtime->hw.periods_max = hw->periods_max;runtime->hw.buffer_bytes_max = hw->buffer_bytes_max;runtime->hw.fifo_size = hw->fifo_size;return 0;}

关于peroid的概念有这样的描述：The “period” is a term that corresponds to a fragment in the OSS world. The period defines the size at which a PCM interrupt is generated. peroid的概念很重要，建议去alsa官网找相关详细说明了解一下。

上层ALSA lib可以通过接口来获得这些参数的，如snd_pcm_hw_params_get_buffer_size_max()来取得buffer_bytes_max。

hw_free是hw_params的相反操作，调用snd_pcm_set_runtime_buffer(substream, NULL)即可。
注：代码中的dma_buffer是DMA缓冲区，它通过4个字段定义：dma_area、dma_addr、dma_bytes和dma_private。其中dma_area是缓冲区逻辑地址，dma_addr是缓冲区的物理地址，dma_bytes是缓冲区的大小，dma_private是ALSA的DMA管理用到的。dma_buffer是在pcm_new()中初始化的；当然也可以把分配dma缓冲区的工作放到这部分来实现，但考虑到减少碎片，故还是在pcm_new中以最大size（即buffer_bytes_max）来分配。

关于DMA的中断处理

另外留意open函数中的audio_dma_request(&s[0], audio_dma_callback);中的audio_dma_callback，这是dma的中断函数，这里以callback的形式存在，其实到dma的底层还是这样的形式：static irqreturn_t dma_irq_handler(int irq, void *dev_id)，在DMA中断处理dma_irq_handler()中调用callback。这些跟具体硬件平台的DMA实现相关，如果没有类似的机制，那么还是要在pcm模块中实现这个中断。

void rockchip_pcm_dma_irq(s32 ch, void *data){            struct snd_pcm_substream *substream = data;struct rockchip_runtime_data *prtd;unsigned long flags;DBG("Enter::%s----%d\n",__FUNCTION__,__LINE__);prtd = substream->runtime->private_data;if (substream)snd_pcm_period_elapsed(substream);spin_lock(&prtd->lock);prtd->dma_loaded--;if (prtd->state & ST_RUNNING) {rockchip_pcm_enqueue(substream);}        spin_unlock(&prtd->lock);        local_irq_save(flags);if (prtd->state & ST_RUNNING) {if (prtd->dma_loaded) {if (substream->stream == SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK)audio_start_dma(substream, DMA_MODE_WRITE);elseaudio_start_dma(substream, DMA_MODE_READ);}}local_irq_restore(flags);   }

prepare

当pcm“准备好了”调用该函数。在这里根据channels、buffer_bytes等来设定DMA传输参数，跟具体硬件平台相关。注：每次调用snd_pcm_prepare()的时候均会调用prepare函数。

trigger

当pcm开始、停止、暂停的时候都会调用trigger函数。

static int rockchip_pcm_trigger(struct snd_pcm_substream *substream, int cmd){struct rockchip_runtime_data *prtd = substream->runtime->private_data;int ret = 0;/**************add by qiuen for volume*****/struct snd_soc_pcm_runtime *rtd = substream->private_data;struct snd_soc_dai *pCodec_dai = rtd->dai->codec_dai;int vol = 0;int streamType = 0;DBG("Enter::%s----%d\n",__FUNCTION__,__LINE__);if(cmd==SNDRV_PCM_TRIGGER_VOLUME){vol = substream->number % 100;streamType = (substream->number / 100) % 100;DBG("enter:vol=%d,streamType=%d\n",vol,streamType);if(pCodec_dai->ops->set_volume)pCodec_dai->ops->set_volume(streamType, vol);}/****************************************************/spin_lock(&prtd->lock);switch (cmd) {case SNDRV_PCM_TRIGGER_START:        DBG(" START \n");    prtd->state |= ST_RUNNING;    rk29_dma_ctrl(prtd->params->channel, RK29_DMAOP_START);    /*    if (substream->stream == SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK) {    audio_start_dma(substream, DMA_MODE_WRITE);} else {    audio_start_dma(substream, DMA_MODE_READ);}*/#ifdef CONFIG_ANDROID_POWER                android_lock_suspend(&audio_lock);        DBG("%s::start audio , lock system suspend\n" , __func__ );#endifbreak;case SNDRV_PCM_TRIGGER_RESUME:    DBG(" RESUME \n");    break;case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_RELEASE:DBG(" RESTART \n");break;case SNDRV_PCM_TRIGGER_STOP:case SNDRV_PCM_TRIGGER_SUSPEND:case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_PUSH:    DBG(" STOPS \n");prtd->state &= ~ST_RUNNING;rk29_dma_ctrl(prtd->params->channel, RK29_DMAOP_STOP);//disable_dma(prtd->params->channel);#ifdef CONFIG_ANDROID_POWER                android_unlock_suspend(&audio_lock );        DBG("%s::stop audio , unlock system suspend\n" , __func__ );#endifbreak;default:ret = -EINVAL;break;}spin_unlock(&prtd->lock);return ret;}

Trigger函数里面的操作应该是原子的，不要在调用这些操作时进入睡眠，trigger函数应尽量小，甚至仅仅是触发DMA。

pointer

static snd_pcm_uframes_t wmt_pcm_pointer(struct snd_pcm_substream *substream)
PCM中间层通过调用这个函数来获取缓冲区的位置。一般情况下，在中断函数中调用snd_pcm_period_elapsed()或在pcm中间层更新buffer的时候调用它。然后pcm中间层会更新指针位置和计算缓冲区可用空间，唤醒那些在等待的线程。这个函数也是原子的。
 

snd_pcm_runtime
我们会留意到ops各成员函数均需要取得一个snd_pcm_runtime结构体指针，这个指针可以通过substream->runtime来获得。snd_pcm_runtime是pcm运行时的信息。当打开一个pcm子流时，pcm运行时实例就会分配给这个子流。它拥有很多多种信息：hw_params和sw_params配置拷贝，缓冲区指针，mmap记录，自旋锁等。snd_pcm_runtime对于驱动程序操作集函数是只读的，仅pcm中间层可以改变或更新这些信息。