分析Linux ALSA系统架构以及Codec简介

ALSA是Linux声卡驱动的架构，下面基于linux-2.6.32描述下ALSA系统架构。ALSA系统可以分为alsa-lib、alsa-driver，而alsa-driver又分为core层和底层硬件层。作为开发者，我们只需移植底层硬件层，根据自己硬件特性，实现底层的移植。而core层基本属于ALSA标准框架，不需要自己实现。介绍ALSA框架，下面是大体框架图。

 

如上图所示，alsa驱动最终会被上层应用调用，这是通过alsa-lib实现的，alsa-lib为alsa-driver封装了许多API，通过这些API，上层应用可以调用到驱动层。而alsa-lib中的这些API，我们可暂时把他们当做一个黑盒子，里面具体实现不需要去关注，下面以linux-2.6.32中ALSA调用函数关系说明其架构。先分析ALSA驱动的注册过程。
 

 

注册流程查看上图，具体的注册过程不在此赘述。

二、打开流程

在ALSA驱动注册完毕以后，当应用程序开始调用时，会有一个过程：打开设备、映射、设置硬件参数、准备工作、触发数据流。下图为整个流程。

 

带sep0611的是需要自己实现的底层驱动。

三、写数据流程

 

图中应用程序通过ALSA-lib的API函数写入数据，ALSA-lib调用等待函数等待底层可写。ALSA-lib通过poll系统调用进入底层驱动并将poll信号加入sleep队列阻塞进程。硬件的中断信号触发底层驱动注册的中断处理函数，中断处理函数进而调用ALSA-driver中的函数判读是否该写。ALSA-driver中的函数再调用底层芯片硬件驱动获取硬件当前数据大小。ALSA-driver再判断空闲数据区的大小，如果满足条件就唤醒sleep队列，poll信号从而被唤醒，进而返回给ALSA-lib，ALSA-lib收到信号后再执行往buffer里写数据。
ALSA-lib通过mmap机制将硬件申请的内存映射到用户空间，从而应用程序只需调用ALSA-lib往相应位置写数据，硬件就可以直接读取了。如果映射内存里已有数据，通过DMA传输给codec，codec便开始读取数据并进行解码播放声音了。经过测试，基于sep6200的ALSA声卡驱动工作正常，既可以播放声音也可以录制。

http://blog.csdn.net/gqb666/article/details/8269065

http://www.it165.net/os/html/201207/2859.html

1.  Codec简介

在移动设备中，Codec的作用可以归结为4种，分别是：

• 对PCM等信号进行D/A转换，把数字的音频信号转换为模拟信号
• 对Mic、Linein或者其他输入源的模拟信号进行A/D转换，把模拟的声音信号转变CPU能够处理的数字信号
• 对音频通路进行控制，比如播放音乐，收听调频收音机，又或者接听电话时，音频信号在codec内的流通路线是不一样的
• 对音频信号做出相应的处理，例如音量控制，功率放大，EQ控制等等

ASoC对Codec的这些功能都定义好了一些列相应的接口，以方便地对Codec进行控制。ASoC对Codec驱动的一个基本要求是：驱动程序的代码必须要做到平台无关性，以方便同一个Codec的代码不经修改即可用在不同的平台上。以下的讨论基于wolfson的Codec芯片WM8994，kernel的版本3.3.x。

http://blog.csdn.net/gqb666/article/details/8260788

Linux ALSA声卡驱动之五：移动设备中的ALSA（ASoC）

1.  ASoC的由来

ASoC--ALSA System on Chip ，是建立在标准ALSA驱动层上，为了更好地支持嵌入式处理器和移动设备中的音频Codec的一套软件体系。在ASoc出现之前，内核对于SoC中的音频已经有部分的支持，不过会有一些局限性：

•    Codec驱动与SoC CPU的底层耦合过于紧密，这种不理想会导致代码的重复，例如，仅是wm8731的驱动，当时Linux中有分别针对4个平台的驱动代码。
•    音频事件没有标准的方法来通知用户，例如耳机、麦克风的插拔和检测，这些事件在移动设备中是非常普通的，而且通常都需要特定于机器的代码进行重新对音频路劲进行配置。
•   当进行播放或录音时，驱动会让整个codec处于上电状态，这对于PC没问题，但对于移动设备来说，这意味着浪费大量的电量。同时也不支持通过改变过取样频率和偏置电流来达到省电的目的。

ASoC正是为了解决上述种种问题而提出的，目前已经被整合至内核的代码树中：sound/soc。ASoC不能单独存在，他只是建立在标准ALSA驱动上的一个它必须和标准的ALSA驱动框架相结合才能工作。

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2.  硬件架构

通常，就像软件领域里的抽象和重用一样，嵌入式设备的音频系统可以被划分为板载硬件（Machine）、Soc（Platform）、Codec三大部分，如下图所示：

 

                                        图2.1  音频系统结构

• Machine  是指某一款机器，可以是某款设备，某款开发板，又或者是某款智能手机，由此可以看出Machine几乎是不可重用的，每个Machine上的硬件实现可能都不一样，CPU不一样，Codec不一样，音频的输入、输出设备也不一样，Machine为CPU、Codec、输入输出设备提供了一个载体。
• Platform  一般是指某一个SoC平台，比如pxaxxx,s3cxxxx,omapxxx等等，与音频相关的通常包含该SoC中的时钟、DMA、I2S、PCM等等，只要指定了SoC，那么我们可以认为它会有一个对应的Platform，它只与SoC相关，与Machine无关，这样我们就可以把Platform抽象出来，使得同一款SoC不用做任何的改动，就可以用在不同的Machine中。实际上，把Platform认为是某个SoC更好理解。
• Codec  字面上的意思就是编解码器，Codec里面包含了I2S接口、D/A、A/D、Mixer、PA（功放），通常包含多种输入（Mic、Line-in、I2S、PCM）和多个输出（耳机、喇叭、听筒，Line-out），Codec和Platform一样，是可重用的部件，同一个Codec可以被不同的Machine使用。嵌入式Codec通常通过I2C对内部的寄存器进行控制。 

3.  软件架构

在软件层面，ASoC也把嵌入式设备的音频系统同样分为3大部分，Machine，Platform和Codec。

• Codec驱动  ASoC中的一个重要设计原则就是要求Codec驱动是平台无关的，它包含了一些音频的控件（Controls），音频接口，DAMP（动态音频电源管理）的定义和某些Codec IO功能。为了保证硬件无关性，任何特定于平台和机器的代码都要移到Platform和Machine驱动中。所有的Codec驱动都要提供以下特性：
  • Codec DAI 和 PCM的配置信息；
  • Codec的IO控制方式（I2C，SPI等）；
  • Mixer和其他的音频控件；
  • Codec的ALSA音频操作接口；

必要时，也可以提供以下功能：

• DAPM描述信息；
• DAPM事件处理程序；
• DAC数字静音控制

• Platform驱动  它包含了该SoC平台的音频DMA和音频接口的配置和控制（I2S，PCM，AC97等等）；它也不能包含任何与板子或机器相关的代码。
• Machine驱动  Machine驱动负责处理机器特有的一些控件和音频事件（例如，当播放音频时，需要先行打开一个放大器）；单独的Platform和Codec驱动是不能工作的，它必须由Machine驱动把它们结合在一起才能完成整个设备的音频处理工作。

4.  数据结构

整个ASoC是由一些列数据结构组成，要搞清楚ASoC的工作机理，必须要理解这一系列数据结构之间的关系和作用，下面的关系图展示了ASoC中重要的数据结构之间的关联方式：

                                                                                                      图4.1  Kernel-2.6.35-ASoC中各个结构的静态关系

 ASoC把声卡实现为一个Platform Device，然后利用Platform_device结构中的dev字段：dev.drvdata，它实际上指向一个snd_soc_device结构。可以认为snd_soc_device是整个ASoC数据结构的根本，由他开始，引出一系列的数据结构用于表述音频的各种特性和功能。snd_soc_device结构引出了snd_soc_card和soc_codec_device两个结构，然后snd_soc_card又引出了snd_soc_platform、snd_soc_dai_link和snd_soc_codec结构。如上所述，ASoC被划分为Machine、Platform和Codec三大部分，如果从这些数据结构看来，snd_codec_device和snd_soc_card代表着Machine驱动，snd_soc_platform则代表着Platform驱动，snd_soc_codec和soc_codec_device则代表了Codec驱动，而snd_soc_dai_link则负责连接Platform和Codec。

5.  3.0版内核对ASoC的改进

本来写这篇文章的时候参考的内核版本是2.6.35，不过有CSDN的朋友提出在内核版本3.0版本中，ASoC做了较大的变化。故特意下载了3.0的代码，发现确实有所变化，下面先贴出数据结构的静态关系图：

                                                                                             图5.1   Kernel 3.0中的ASoC数据结构

由上图我们可以看出，3.0中的数据结构更为合理和清晰，取消了snd_soc_device结构，直接用snd_soc_card取代了它，并且强化了snd_soc_pcm_runtime的作用，同时还增加了另外两个数据结构snd_soc_codec_driver和snd_soc_platform_driver，用于明确代表Codec驱动和Platform驱动。

后续的章节中将会逐一介绍Machine和Platform以及Codec驱动的工作细节和关联。

http://blog.csdn.net/gqb666/article/details/8260129