PCM data flow - 3 - ASoC codec driver

上一章提到codec_drv的几个组成部分，下面逐一介绍，基本是以内核文档Documentation/sound/alsa/soc/codec.txt中的内容为脉络来分析的。codec的作用，在概述中有说明，本章主要罗列下codec driver中重要的数据结构及注册流程。

Codec DAI and PCM configuration

codec_dai和pcm配置信息通过结构体snd_soc_dai_driver描述，包括dai的能力描述和操作接口，snd_soc_dai_driver最终会被注册到asoc-core中。

/* * Digital Audio Interface Driver. * * Describes the Digital Audio Interface in terms of its ALSA, DAI and AC97 * operations and capabilities. Codec and platform drivers will register this * structure for every DAI they have. * This structure covers the clocking, formating and ALSA operations for each * interface. */struct snd_soc_dai_driver {    /* DAI description */    const char *name;    unsigned int id;    int ac97_control;    /* DAI driver callbacks */    int (*probe)(struct snd_soc_dai *dai);    int (*remove)(struct snd_soc_dai *dai);    int (*suspend)(struct snd_soc_dai *dai);    int (*resume)(struct snd_soc_dai *dai);    /* ops */    const 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;    /* probe ordering - for components with runtime dependencies */    int probe_order;    int remove_order;};

·          name：codec_dai的名称标识，machine中的dai_link通过codec_dai_name来匹配codec_dai；

·          probe：codec_dai的probe函数，由snd_soc_instantiate_card回调；

·          playback：回放能力描述信息，如所支持的声道数、采样率、音频格式；

·          capture：录制能力描述信息，如所支持声道数、采样率、音频格式；

·          ops：指向codec_dai的操作函数集，这些函数集非常重要，它定义了dai的时钟配置、格式配置、硬件参数配置等回调。

例子，wm8994有三个dai，这里只列其一：

static const struct snd_soc_dai_ops wm8994_aif1_dai_ops = {    .set_sysclk = wm8994_set_dai_sysclk,    .set_fmt    = wm8994_set_dai_fmt,    .hw_params  = wm8994_hw_params,    .shutdown   = wm8994_aif_shutdown,    .digital_mute   = wm8994_aif_mute,    .set_pll    = wm8994_set_fll,    .set_tristate   = wm8994_set_tristate,};static struct snd_soc_dai_driver wm8994_dai[] = {    {        .name = "wm8994-aif1",        .id = 1,        .playback = {            .stream_name = "AIF1 Playback",            .channels_min = 1,            .channels_max = 2,            .rates = WM8994_RATES,            .formats = WM8994_FORMATS,            .sig_bits = 24,        },        .capture = {            .stream_name = "AIF1 Capture",            .channels_min = 1,            .channels_max = 2,            .rates = WM8994_RATES,            .formats = WM8994_FORMATS,            .sig_bits = 24,         },        .ops = &wm8994_aif1_dai_ops,    },    // ...省略...

Codec control IO

移动设备的音频codec，其控制接口一般是I2C或SPI。codec的读写接口访问操作codec寄存器，当dapm触发或mixer控件发生改变时，需要调用到读写接口。

在snd_soc_codec_driver结构体中，有如下字段描述codec的控制接口：

    /* codec IO */    unsigned int (*read)(struct snd_soc_codec *, unsigned int);    int (*write)(struct snd_soc_codec *, unsigned int, unsigned int);    int (*display_register)(struct snd_soc_codec *, char *,                size_t, unsigned int);    int (*volatile_register)(struct snd_soc_codec *, unsigned int);    int (*readable_register)(struct snd_soc_codec *, unsigned int);    int (*writable_register)(struct snd_soc_codec *, unsigned int);    unsigned int reg_cache_size;    short reg_cache_step;    short reg_word_size;    const void *reg_cache_default;    short reg_access_size;    const struct snd_soc_reg_access *reg_access_default;    enum snd_soc_compress_type compress_type;

·          read：读取codec寄存器接口；

·          write：写入codec寄存器接口；

·          volatile_register：判断指定的寄存器是否是volatile属性；假如是，则asoc-core读取它的时候不会只是读cache，会直接通过控制接口访问硬件IO；

·          readable_register：判断指定的寄存器是否可读；

·          reg_cache_default：codec寄存器的缺省值；

·          reg_cache_size：codec缺省的寄存器值数组大小；

·          reg_word_size：codec寄存器值宽度。

在Linux-3.4.5中，这里面很多信息都改用regmap描述了。asoc-core中判断是否用的是regmap，如果是，则调用regmap接口。见如下函数：

int snd_soc_update_bits(struct snd_soc_codec *codec, unsigned short reg,                unsigned int mask, unsigned int value){    bool change;    unsigned int old, new;    int ret;    if (codec->using_regmap) {        // 当前使用regmap，调用regmap接口，其中codec->control_data是regmap私有数据        ret = regmap_update_bits_check(codec->control_data, reg,                           mask, value, &change);    } else {        // 非regmap，调用snd_soc_codec_driver定义的read/write回调        ret = snd_soc_read(codec, reg);        if (ret < 0)            return ret;        old = ret;        new = (old & ~mask) | (value & mask);        change = old != new;        if (change)            ret = snd_soc_write(codec, reg, new);    }    if (ret < 0)        return ret;    return change;}

使用regmap，使得控制接口抽象化，codec_drv不用操心当前控制方式是什么；

regmap在线调试目录是/sys/kernel/debug/regmap；

关于wm8994的regmap描述，请自行查阅driver/mfd/wm8994-regmap.c。

Mixers and audio controls

音频控件多用于部件开关和音量的设定，音频控件可通过soc.h中的宏来定义。例如单一型控件：

#define SOC_SINGLE(xname, reg, shift, max, invert) \{   .iface = SNDRV_CTL_ELEM_IFACE_MIXER, .name = xname, \    .info = snd_soc_info_volsw, .get = snd_soc_get_volsw,\    .put = snd_soc_put_volsw, \    .private_value =  SOC_SINGLE_VALUE(reg, shift, max, invert) }

这种控件只有一个设置量，一般用于部件开关。宏定义的参数说明：

·          xname：控件的名称标识；

·          reg：控件对应的寄存器地址；

·          shift：控件控制位在寄存器中的偏移；

·          max：控件设置值范围，一般来说，如果控制位只有1位的话，那么max=1，因为设置值只有0和1；

·          invert：设定值是否取反。

其他类型控件类似，不一一介绍了。

上述只是宏定义，音频控件真正的结构是snd_kcontrol_new：

struct snd_kcontrol_new {    snd_ctl_elem_iface_t iface; /* interface identifier */    unsigned int device;        /* device/client number */    unsigned int subdevice;     /* subdevice (substream) number */    const unsigned char *name;  /* ASCII name of item */    unsigned int index;     /* index of item */    unsigned int access;        /* access rights */    unsigned int count;     /* count of same elements */    snd_kcontrol_info_t *info;    snd_kcontrol_get_t *get;    snd_kcontrol_put_t *put;    union {        snd_kcontrol_tlv_rw_t *c;        const unsigned int *p;    } tlv;    unsigned long private_value;};

codec初始化时，通过snd_soc_add_codec_controls把所有定义好的音频控件注册到alsa-core中，上层可以通过tinymix、alsa_amixer等工具查看修改这些控件的设定。

音频控件的详细分析见dapm系列文章。

Codec audio operations

Codec的音频操作接口通过结构体snd_soc_dai_ops描述：

struct snd_soc_dai_ops {    /*     * DAI clocking configuration, all optional.     * Called by soc_card drivers, normally in their hw_params.     */    int (*set_sysclk)(struct snd_soc_dai *dai,        int clk_id, unsigned int freq, int dir);    int (*set_pll)(struct snd_soc_dai *dai, int pll_id, int source,        unsigned int freq_in, unsigned int freq_out);    int (*set_clkdiv)(struct snd_soc_dai *dai, int div_id, int div);    /*     * DAI format configuration     * Called by soc_card drivers, normally in their hw_params.     */    int (*set_fmt)(struct snd_soc_dai *dai, unsigned int fmt);    int (*set_tdm_slot)(struct snd_soc_dai *dai,        unsigned int tx_mask, unsigned int rx_mask,        int slots, int slot_width);    int (*set_channel_map)(struct snd_soc_dai *dai,        unsigned int tx_num, unsigned int *tx_slot,        unsigned int rx_num, unsigned int *rx_slot);    int (*set_tristate)(struct snd_soc_dai *dai, int tristate);    /*     * DAI digital mute - optional.     * Called by soc-core to minimise any pops.     */    int (*digital_mute)(struct snd_soc_dai *dai, int mute);    /*     * ALSA PCM audio operations - all optional.     * Called by soc-core during audio PCM operations.     */    int (*startup)(struct snd_pcm_substream *,        struct snd_soc_dai *);    void (*shutdown)(struct snd_pcm_substream *,        struct snd_soc_dai *);    int (*hw_params)(struct snd_pcm_substream *,        struct snd_pcm_hw_params *, struct snd_soc_dai *);    int (*hw_free)(struct snd_pcm_substream *,        struct snd_soc_dai *);    int (*prepare)(struct snd_pcm_substream *,        struct snd_soc_dai *);    int (*trigger)(struct snd_pcm_substream *, int,        struct snd_soc_dai *);    /*     * For hardware based FIFO caused delay reporting.     * Optional.     */    snd_pcm_sframes_t (*delay)(struct snd_pcm_substream *,        struct snd_soc_dai *);};

注释比较详细的了，codec音频操作接口分为5大部分：时钟配置、格式配置、数字静音、PCM音频接口、FIFO延迟报告。着重说下时钟配置及格式配置接口：

·          set_sysclk：codec_dai的系统时钟设置，当上层pcm_open时，需要回调该接口设置codec的系统时钟，codec才能正常工作；

·          set_pll：Codec FLL设置，codec一般有个MCLK的输入时钟，回调该接口基于MCLK来设定codec FLL的时钟频率；得到正确的FLL时钟频率后，则codec的sysclk、bclk、lrclk均可从FLL分频出来（假设codec作为master）；

·          set_fmt：codec_dai的格式设置，相关格式见soc-dai.h定义；

·          SND_SOC_DAIFMT_I2S——音频数据是I2S格式；

·          SND_SOC_DAIFMT_DSP_A——音频数据是语音常用的PCM格式；

·          SND_SOC_DAIFMT_CBM_CFM——codec作为master，BCLK和LRCLK由codec提供；

·          SND_SOC_DAIFMT_CBS_CFS——codec作为 slave ，BCLK和LRCLK由soc platform提供；

·          hw_params：codec_dai的硬件参数设置，根据上层设定的声道数、采样率、数据格式，来设置codec_dai相关寄存器。

以上接口一般在Machine驱动中回调，我们看看Machine驱动goni_wm8994.c的goni_hifi_hw_params函数：

static int goni_hifi_hw_params(struct snd_pcm_substream *substream,        struct snd_pcm_hw_params *params){    struct snd_soc_pcm_runtime *rtd = substream->private_data;    struct snd_soc_dai *codec_dai = rtd->codec_dai;    struct snd_soc_dai *cpu_dai = rtd->cpu_dai;    unsigned int pll_out = 24000000; // 这是MCLK的时钟频率，codec的源时钟    int ret = 0;    /* set the cpu DAI configuration */    ret = snd_soc_dai_set_fmt(cpu_dai, SND_SOC_DAIFMT_I2S |            SND_SOC_DAIFMT_NB_NF | SND_SOC_DAIFMT_CBM_CFM);    if (ret < 0)        return ret;    /* set codec DAI configuration */    ret = snd_soc_dai_set_fmt(codec_dai, SND_SOC_DAIFMT_I2S |            SND_SOC_DAIFMT_NB_NF | SND_SOC_DAIFMT_CBM_CFM);    if (ret < 0)        return ret;    /* set the codec FLL */    ret = snd_soc_dai_set_pll(codec_dai, WM8994_FLL1, 0, pll_out,            params_rate(params) * 256);    if (ret < 0)        return ret;    /* set the codec system clock */    ret = snd_soc_dai_set_sysclk(codec_dai, WM8994_SYSCLK_FLL1,            params_rate(params) * 256, SND_SOC_CLOCK_IN);    if (ret < 0)        return ret;    return 0;}

其中snd_soc_dai_set_fmt()实际上会调用cpu_dai或codec_dai的set_fmt回调，

snd_soc_dai_set_pll()、snd_soc_dai_set_sysclk()类似。

·          MCLK作为codec的源时钟，频率为24Mhz；

·          设置cpu_dai和codec_dai格式：I2S，BCLK和LRCLK由codec提供；

·          设置codec_dai的FLL1：时钟源是MCLK，时钟源频率是24Mhz，目的时钟频率是256fs；

·          设置codec_dai的系统时钟：时钟源是FLL1，系统时钟频率是256fs。

codec_dai的时钟设置非常重要，设置错误将会导致很多问题，典型如下：

·          无声-->> 检查codec的系统时钟、codec_dai的位时钟和帧时钟是否使能；

·          声音失真-->> 检查音频源数据的采样率是否和codec_dai的帧时钟一致；

·          声音断续 -->> 检查codec的系统时钟和位时钟、帧时钟是否同步，出现这种情况，可能是sysclk和BCLK/LRCLK不是由同一个时钟源分频出来导致的，取决于具体codec设计。

DAPM description

概念：Dynamic Audio Power Management，动态音频电源管理，为移动Linux设备设计，使得音频系统任何时候都工作在最低功耗状态。

目的：使能必要的最少的部件，令音频系统正常工作。

原理：当音频路径发生改变（比如上层使用tinymix工具设置音频通路）时，或发生数据流事件（比如启动或停止播放）时，都会触发dapm去遍历所有邻近的音频部件，检查是否存在完整的音频路径（complete path：该部件必须往前能到达输入端点如DAC/Mic/Linein，往后能到达输出端点如ADC/HP/SPK），如果存在完整的音频路径，则该路径上面的所有部件都是需要上电的，其他部件则下电。

对于此的完整分析，见另一个系列的文章。

说说DAPM部件中最典型的mixer widget：Mixes several analog signals into a single analog signal. 它可以把几路模拟信号混合到一路输出。如WM8994的SPKMIXL：

如图，SPKMIXL有5路输入，分别是：MIXINL、IN1LP、DAC1L、DAC2L、MIXEROUTL，因此这里可以构成5条路径。

·          1、如下5个控件控制SPKMIXL输入：

static const struct snd_kcontrol_new left_speaker_mixer[] = {SOC_DAPM_SINGLE("DAC2 Switch", WM8994_SPEAKER_MIXER, 9, 1, 0),SOC_DAPM_SINGLE("Input Switch", WM8994_SPEAKER_MIXER, 7, 1, 0),SOC_DAPM_SINGLE("IN1LP Switch", WM8994_SPEAKER_MIXER, 5, 1, 0),SOC_DAPM_SINGLE("Output Switch", WM8994_SPEAKER_MIXER, 3, 1, 0),SOC_DAPM_SINGLE("DAC1 Switch", WM8994_SPEAKER_MIXER, 1, 1, 0),};

·          2、定义SPKMIXL的dapm widget：

SND_SOC_DAPM_MIXER_E("SPKL", WM8994_POWER_MANAGEMENT_3, 8, 0,             left_speaker_mixer, ARRAY_SIZE(left_speaker_mixer),             late_enable_ev, SND_SOC_DAPM_PRE_PMU),

留意WM8994_POWER_MANAGEMENT_3寄存器的bit8正是控制SPKMIXL通断电的。

·          3、定义SPKMIXL相关路由：

static const struct snd_soc_dapm_route intercon[] = {    // ...    { "SPKL", "DAC1 Switch", "DAC1L" },    { "SPKL", "DAC2 Switch", "DAC2L" },

最终上层会看到两个控件："SPKL DAC1 Switch"，"SPKL DAC2 Switch"；前者用于SPKL选中DAC1L作为输入，后者用于SPKL选中DAC2L作为输入。

但控件"SPKL DAC1 Switch"或"SPKL DAC2 Switch"的打开，不代表能使得"SPKL"上电。只有当SPKL位于完整的音频路径中时，SPKL才会上电，WM8994_POWER_MANAGEMENT_3寄存器的bit8会被置为1。

Codec register

当platform_driver：

static struct platform_driver wm8994_codec_driver = {    .driver = {        .name = "wm8994-codec",        .owner = THIS_MODULE,        .pm = &wm8994_pm_ops,    },    .probe = wm8994_probe,    .remove = __devexit_p(wm8994_remove),};

与name ="wm8994-codec"的platform_device（该platform_device在driver/mfd/wm8994-core.c中创建并初始化完成）匹配后，立即回调wm8994_probe注册codec：

static int __devinit wm8994_probe(struct platform_device *pdev){    struct wm8994_priv *wm8994;    wm8994 = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(struct wm8994_priv),                  GFP_KERNEL);    if (wm8994 == NULL)        return -ENOMEM;    platform_set_drvdata(pdev, wm8994);    wm8994->wm8994 = dev_get_drvdata(pdev->dev.parent);    wm8994->pdata = dev_get_platdata(pdev->dev.parent);    return snd_soc_register_codec(&pdev->dev, &soc_codec_dev_wm8994,            wm8994_dai, ARRAY_SIZE(wm8994_dai));}

snd_soc_register_codec：将codec_driver和codec_dai_driver注册到asoc-core。

/** * snd_soc_register_codec - Register a codec with the ASoC core * * @codec: codec to register */int snd_soc_register_codec(struct device *dev,               const struct snd_soc_codec_driver *codec_drv,               struct snd_soc_dai_driver *dai_drv,               int num_dai)

创建一个snd_soc_codec实例，包含codec_drv（snd_soc_dai_driver）的相关信息，封装给asoc-core使用，相关代码段如下：

    struct snd_soc_codec *codec;    dev_dbg(dev, "codec register %s\n", dev_name(dev));    codec = kzalloc(sizeof(struct snd_soc_codec), GFP_KERNEL);    if (codec == NULL)        return -ENOMEM;    /* create CODEC component name */    codec->name = fmt_single_name(dev, &codec->id);    if (codec->name == NULL) {        kfree(codec);        return -ENOMEM;    }    // 初始化codec的寄存器缓存配置及读写接口    codec->write = codec_drv->write;    codec->read = codec_drv->read;    codec->volatile_register = codec_drv->volatile_register;    codec->readable_register = codec_drv->readable_register;    codec->writable_register = codec_drv->writable_register;    codec->ignore_pmdown_time = codec_drv->ignore_pmdown_time;    codec->dapm.bias_level = SND_SOC_BIAS_OFF;    codec->dapm.dev = dev;    codec->dapm.codec = codec;    codec->dapm.seq_notifier = codec_drv->seq_notifier;    codec->dapm.stream_event = codec_drv->stream_event;    codec->dev = dev;    codec->driver = codec_drv;    codec->num_dai = num_dai;    mutex_init(&codec->mutex);

把以上创建并初始化好的codec插入到codec_list链表上，Machine驱动初始化时会遍历该链表，以匹配并绑定dai_link上的codec：

list_add(&codec->list, &codec_list);

把codec_drv中的snd_soc_dai_driver（wm8994有3个dai，分别是aif1、aif2和aif3）注册到asoc-core：

    /* register any DAIs */    if (num_dai) {        ret = snd_soc_register_dais(dev, dai_drv, num_dai);        if (ret < 0)            goto fail;    }

snd_soc_register_dais会把dai插入到dai_list链表中：list_add(&dai->list,&dai_list); Machine驱动初始化时会遍历该链表，以匹配并绑定dai_link上的codec_dai。

最后顺便提下dai_link中的codec和codec_dai的区别：codec指音频codec共有的部分，包括codec初始化函数、控制接口、寄存器缓存、控件列表、dapm部件列表、音频路由列表、偏置电压设置函数等描述信息；而codec_dai指codec上的音频接口驱动描述，各个接口的描述信息不一定都是一致的，所以各个音频接口都有它自身的驱动描述，包括音频接口的初始化函数、操作函数集、能力描述等。

我开始时认为：codec_dai从属于codec，dai_link没有必要同时声明codec和codec_dai，应该可以实现codec_dai就能找到它对应的父设备codec的方法。后来想到系统上如果有两个以上的codec，而恰好不同codec上的codec_dai有重名的话，此时就必须同时声明codec和codec_dai才能找到正确的音频接口了。