Linux ALSA聲卡驅(qū)動之八：ASoC架構(gòu)中的Platform

1.? Platform驅(qū)動在ASoC中的作用

前面幾章內(nèi)容已經(jīng)說過，ASoC被分為Machine，Platform和Codec三大部件，Platform驅(qū)動的主要作用是完成音頻數(shù)據(jù)的管理，最終通過CPU的數(shù)字音頻接口（DAI）把音頻數(shù)據(jù)傳送給Codec進(jìn)行處理，最終由Codec輸出驅(qū)動耳機(jī)或者是喇叭的音信信號。在具體實(shí)現(xiàn)上，ASoC有把Platform驅(qū)動分為兩個部分：snd_soc_platform_driver和snd_soc_dai_driver。其中，platform_driver負(fù)責(zé)管理音頻數(shù)據(jù)，把音頻數(shù)據(jù)通過dma或其他操作傳送至cpu dai中，dai_driver則主要完成cpu一側(cè)的dai的參數(shù)配置，同時也會通過一定的途徑把必要的dma等參數(shù)與snd_soc_platform_driver進(jìn)行交互。

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聲明：本博內(nèi)容均由http://blog.csdn.net/droidphone原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請注明出處，謝謝！
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2.? snd_soc_platform_driver的注冊

通常，ASoC把snd_soc_platform_driver注冊為一個系統(tǒng)的platform_driver，不要被這兩個相像的術(shù)語所迷惑，前者只是針對ASoC子系統(tǒng)的，后者是來自Linux的設(shè)備驅(qū)動模型。我們要做的就是：

定義一個snd_soc_platform_driver結(jié)構(gòu)的實(shí)例；

在platform_driver的probe回調(diào)中利用ASoC的API：snd_soc_register_platform()注冊上面定義的實(shí)例；

實(shí)現(xiàn)snd_soc_platform_driver中的各個回調(diào)函數(shù)；

以kernel3.3中的/sound/soc/samsung/dma.c為例：

[cpp]?view plain?copy

static?struct?snd_soc_platform_driver?samsung_asoc_platform?=?{??

.ops????????=?&dma_ops,??

.pcm_new????=?dma_new,??

.pcm_free???=?dma_free_dma_buffers,??

};??

static?int?__devinit?samsung_asoc_platform_probe(struct?platform_device?*pdev)??

{??

return?snd_soc_register_platform(&pdev->dev,?&samsung_asoc_platform);??

}??

static?int?__devexit?samsung_asoc_platform_remove(struct?platform_device?*pdev)??

{??

snd_soc_unregister_platform(&pdev->dev);??

return?0;??

}??

static?struct?platform_driver?asoc_dma_driver?=?{??

.driver?=?{??

.name?=?"samsung-audio",??

.owner?=?THIS_MODULE,??

},??

.probe?=?samsung_asoc_platform_probe,??

.remove?=?__devexit_p(samsung_asoc_platform_remove),??

};??

module_platform_driver(asoc_dma_driver);??

snd_soc_register_platform()?該函數(shù)用于注冊一個snd_soc_platform，只有注冊以后，它才可以被Machine驅(qū)動使用。它的代碼已經(jīng)清晰地表達(dá)了它的實(shí)現(xiàn)過程：

為snd_soc_platform實(shí)例申請內(nèi)存；

從platform_device中獲得它的名字，用于Machine驅(qū)動的匹配工作；

初始化snd_soc_platform的字段；

把snd_soc_platform實(shí)例連接到全局鏈表platform_list中；

調(diào)用snd_soc_instantiate_cards，觸發(fā)聲卡的machine、platform、codec、dai等的匹配工作；

3.? cpu的snd_soc_dai driver驅(qū)動的注冊

dai驅(qū)動通常對應(yīng)cpu的一個或幾個I2S/PCM接口，與snd_soc_platform一樣，dai驅(qū)動也是實(shí)現(xiàn)為一個platform driver，實(shí)現(xiàn)一個dai驅(qū)動大致可以分為以下幾個步驟：

定義一個snd_soc_dai_driver結(jié)構(gòu)的實(shí)例；

在對應(yīng)的platform_driver中的probe回調(diào)中通過API：snd_soc_register_dai或者snd_soc_register_dais，注冊snd_soc_dai實(shí)例；

實(shí)現(xiàn)snd_soc_dai_driver結(jié)構(gòu)中的probe、suspend等回調(diào)；

實(shí)現(xiàn)snd_soc_dai_driver結(jié)構(gòu)中的snd_soc_dai_ops字段中的回調(diào)函數(shù)；

snd_soc_register_dai? 這個函數(shù)在上一篇介紹codec驅(qū)動的博文中已有介紹，請參考：Linux ALSA聲卡驅(qū)動之七：ASoC架構(gòu)中的Codec。
snd_soc_dai? 該結(jié)構(gòu)在snd_soc_register_dai函數(shù)中通過動態(tài)內(nèi)存申請獲得， 簡要介紹一下幾個重要字段：

driver? 指向關(guān)聯(lián)的snd_soc_dai_driver結(jié)構(gòu)，由注冊時通過參數(shù)傳入；

playback_dma_data? 用于保存該dai播放stream的dma信息，例如dma的目標(biāo)地址，dma傳送單元大小和通道號等；

capture_dma_data? 同上，用于錄音stream；

platform? 指向關(guān)聯(lián)的snd_soc_platform結(jié)構(gòu)；

snd_soc_dai_driver? 該結(jié)構(gòu)需要自己根據(jù)不同的soc芯片進(jìn)行定義，關(guān)鍵字段介紹如下：

probe、remove? 回調(diào)函數(shù)，分別在聲卡加載和卸載時被調(diào)用；

suspend、resume? 電源管理回調(diào)函數(shù)；

ops? 指向snd_soc_dai_ops結(jié)構(gòu)，用于配置和控制該dai；

playback? snd_soc_pcm_stream結(jié)構(gòu)，用于指出該dai支持的聲道數(shù)，碼率，數(shù)據(jù)格式等能力；

capture? snd_soc_pcm_stream結(jié)構(gòu)，用于指出該dai支持的聲道數(shù)，碼率，數(shù)據(jù)格式等能力；

4.? snd_soc_dai_driver中的ops字段

ops字段指向一個snd_soc_dai_ops結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一組回調(diào)函數(shù)的集合，dai的配置和控制幾乎都是通過這些回調(diào)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，這些回調(diào)函數(shù)基本可以分為3大類，驅(qū)動程序可以根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)其中的一部分：

工作時鐘配置函數(shù)? 通常由machine驅(qū)動調(diào)用：

set_sysclk? 設(shè)置dai的主時鐘；

set_pll? 設(shè)置PLL參數(shù)；

set_clkdiv? 設(shè)置分頻系數(shù)；

dai的格式配置函數(shù)? 通常由machine驅(qū)動調(diào)用：

set_fmt?? 設(shè)置dai的格式；

set_tdm_slot? 如果dai支持時分復(fù)用，用于設(shè)置時分復(fù)用的slot；

set_channel_map 聲道的時分復(fù)用映射設(shè)置；

set_tristate? 設(shè)置dai引腳的狀態(tài)，當(dāng)與其他dai并聯(lián)使用同一引腳時需要使用該回調(diào)；

標(biāo)準(zhǔn)的snd_soc_ops回調(diào)? 通常由soc-core在進(jìn)行PCM操作時調(diào)用：

startup

shutdown

hw_params

hw_free

prepare

trigger

抗pop，pop聲? 由soc-core調(diào)用：

digital_mute?

以下這些api通常被machine驅(qū)動使用，machine驅(qū)動在他的snd_pcm_ops字段中的hw_params回調(diào)中使用這些api：

snd_soc_dai_set_fmt()? 實(shí)際上會調(diào)用snd_soc_dai_ops或者codec driver中的set_fmt回調(diào)；

snd_soc_dai_set_pll() 實(shí)際上會調(diào)用snd_soc_dai_ops或者codec driver中的set_pll回調(diào)；

snd_soc_dai_set_sysclk()? 實(shí)際上會調(diào)用snd_soc_dai_ops或者codec driver中的set_sysclk回調(diào)；

snd_soc_dai_set_clkdiv()? 實(shí)際上會調(diào)用snd_soc_dai_ops或者codec driver中的set_clkdiv回調(diào)；

snd_soc_dai_set_fmt(struct snd_soc_dai *dai, unsigned int fmt)的第二個參數(shù)fmt在這里特別說一下，ASoC目前只是用了它的低16位，并且為它專門定義了一些宏來方便我們使用：

bit 0-3 用于設(shè)置接口的格式：

[cpp]?view plain?copy

#define?SND_SOC_DAIFMT_I2S??????1?/*?I2S?mode?*/??

#define?SND_SOC_DAIFMT_RIGHT_J??????2?/*?Right?Justified?mode?*/??

#define?SND_SOC_DAIFMT_LEFT_J???????3?/*?Left?Justified?mode?*/??

#define?SND_SOC_DAIFMT_DSP_A????????4?/*?L?data?MSB?after?FRM?LRC?*/??

#define?SND_SOC_DAIFMT_DSP_B????????5?/*?L?data?MSB?during?FRM?LRC?*/??

#define?SND_SOC_DAIFMT_AC97?????6?/*?AC97?*/??

#define?SND_SOC_DAIFMT_PDM??????7?/*?Pulse?density?modulation?*/??

bit 4-7 用于設(shè)置接口時鐘的開關(guān)特性：

[cpp]?view plain?copy

#define?SND_SOC_DAIFMT_CONT?????(1?<

#define?SND_SOC_DAIFMT_GATED????????(2?<

bit 8-11 用于設(shè)置接口時鐘的相位：

[cpp]?view plain?copy

#define?SND_SOC_DAIFMT_NB_NF????????(1?<

#define?SND_SOC_DAIFMT_NB_IF????????(2?<

#define?SND_SOC_DAIFMT_IB_NF????????(3?<

#define?SND_SOC_DAIFMT_IB_IF????????(4?<

bit 12-15 用于設(shè)置接口主從格式：

[cpp]?view plain?copy

#define?SND_SOC_DAIFMT_CBM_CFM??????(1?<

#define?SND_SOC_DAIFMT_CBS_CFM??????(2?<

#define?SND_SOC_DAIFMT_CBM_CFS??????(3?<

#define?SND_SOC_DAIFMT_CBS_CFS??????(4?<

5.? snd_soc_platform_driver中的ops字段

該ops字段是一個snd_pcm_ops結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)中的各個回調(diào)函數(shù)是soc platform驅(qū)動的主要工作，他們基本都涉及dma操作以及dma buffer的管理等工作。下面介紹幾個重要的回調(diào)函數(shù)：

ops.open?

當(dāng)應(yīng)用程序打開一個pcm設(shè)備時，該函數(shù)會被調(diào)用，通常，該函數(shù)會使用snd_soc_set_runtime_hwparams()設(shè)置substream中的snd_pcm_runtime結(jié)構(gòu)里面的hw_params相關(guān)字段，然后為snd_pcm_runtime的private_data字段申請一個私有結(jié)構(gòu)，用于保存該平臺的dma參數(shù)。

ops.hw_params?

驅(qū)動的hw_params階段，該函數(shù)會被調(diào)用。通常，該函數(shù)會通過snd_soc_dai_get_dma_data函數(shù)獲得對應(yīng)的dai的dma參數(shù)，獲得的參數(shù)一般都會保存在snd_pcm_runtime結(jié)構(gòu)的private_data字段。然后通過snd_pcm_set_runtime_buffer函數(shù)設(shè)置snd_pcm_runtime結(jié)構(gòu)中的dma buffer的地址和大小等參數(shù)。要注意的是，該回調(diào)可能會被多次調(diào)用，具體實(shí)現(xiàn)時要小心處理多次申請資源的問題。

ops.prepare

正式開始數(shù)據(jù)傳送之前會調(diào)用該函數(shù)，該函數(shù)通常會完成dma操作的必要準(zhǔn)備工作。

ops.trigger

數(shù)據(jù)傳送的開始，暫停，恢復(fù)和停止時，該函數(shù)會被調(diào)用。

ops.pointer

該函數(shù)返回傳送數(shù)據(jù)的當(dāng)前位置。

6.? 音頻數(shù)據(jù)的dma操作

soc-platform驅(qū)動的最主要功能就是要完成音頻數(shù)據(jù)的傳送，大多數(shù)情況下，音頻數(shù)據(jù)都是通過dma來完成的。

6.1.? 申請dma buffer

因?yàn)閐ma的特殊性，dma buffer是一塊特殊的內(nèi)存，比如有的平臺規(guī)定只有某段地址范圍的內(nèi)存才可以進(jìn)行dma操作，而多數(shù)嵌入式平臺還要求dma內(nèi)存的物理地址是連續(xù)的，以方便dma控制器對內(nèi)存的訪問。在ASoC架構(gòu)中，dma buffer的信息保存在snd_pcm_substream結(jié)構(gòu)的snd_dma_buffer *buf字段中，它的定義如下

[cpp]?view plain?copy

struct?snd_dma_buffer?{??

struct?snd_dma_device?dev;??/*?device?type?*/??

unsigned?char?*area;????/*?virtual?pointer?*/??

dma_addr_t?addr;????/*?physical?address?*/??

size_t?bytes;???????/*?buffer?size?in?bytes?*/??

void?*private_data;?/*?private?for?allocator;?don't?touch?*/??

};??

那么，在哪里完成了snd_dam_buffer結(jié)構(gòu)的初始化賦值操作呢？答案就在snd_soc_platform_driver的pcm_new回調(diào)函數(shù)中，還是以/sound/soc/samsung/dma.c為例：

[cpp]?view plain?copy

static?struct?snd_soc_platform_driver?samsung_asoc_platform?=?{??

.ops????????=?&dma_ops,??

.pcm_new????=?dma_new,??

.pcm_free???=?dma_free_dma_buffers,??

};??

static?int?__devinit?samsung_asoc_platform_probe(struct?platform_device?*pdev)??

{??

return?snd_soc_register_platform(&pdev->dev,?&samsung_asoc_platform);??

}??

pcm_new字段指向了dma_new函數(shù)，dma_new函數(shù)進(jìn)一步為playback和capture分別調(diào)用preallocate_dma_buffer函數(shù)，我們看看preallocate_dma_buffer函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：

[cpp]?view plain?copy

static?int?preallocate_dma_buffer(struct?snd_pcm?*pcm,?int?stream)??

{??

struct?snd_pcm_substream?*substream?=?pcm->streams[stream].substream;??

struct?snd_dma_buffer?*buf?=?&substream->dma_buffer;??

size_t?size?=?dma_hardware.buffer_bytes_max;??

pr_debug("Entered?%s\n",?__func__);??

buf->dev.type?=?SNDRV_DMA_TYPE_DEV;??

buf->dev.dev?=?pcm->card->dev;??

buf->private_data?=?NULL;??

buf->area?=?dma_alloc_writecombine(pcm->card->dev,?size,??

&buf->addr,?GFP_KERNEL);??

if?(!buf->area)??

return?-ENOMEM;??

buf->bytes?=?size;??

return?0;??

}??

該函數(shù)先是獲得事先定義好的buffer大小，然后通過dma_alloc_weitecombine函數(shù)分配dma內(nèi)存，然后完成substream->dma_buffer的初始化賦值工作。上述的pcm_new回調(diào)會在聲卡的建立階段被調(diào)用，調(diào)用的詳細(xì)的過程請參考Linux ALSAs聲卡驅(qū)動之六：ASoC架構(gòu)中的Machine中的圖3.1。

在聲卡的hw_params階段，snd_soc_platform_driver結(jié)構(gòu)的ops->hw_params會被調(diào)用，在該回調(diào)用，通常會使用api：snd_pcm_set_runtime_buffer()把substream->dma_buffer的數(shù)值拷貝到substream->runtime的相關(guān)字段中（.dma_area, .dma_addr,? .dma_bytes），這樣以后就可以通過substream->runtime獲得這些地址和大小信息了。

dma buffer獲得后，即是獲得了dma操作的源地址，那么目的地址在哪里？其實(shí)目的地址當(dāng)然是在dai中，也就是前面介紹的snd_soc_dai結(jié)構(gòu)的playback_dma_data和capture_dma_data字段中，而這兩個字段的值也是在hw_params階段，由snd_soc_dai_driver結(jié)構(gòu)的ops->hw_params回調(diào)，利用api：snd_soc_dai_set_dma_data進(jìn)行設(shè)置的。緊隨其后，snd_soc_platform_driver結(jié)構(gòu)的ops->hw_params回調(diào)利用api：snd_soc_dai_get_dma_data獲得這些dai的dma信息，其中就包括了dma的目的地址信息。這些dma信息通常還會被保存在substream->runtime->private_data中，以便在substream的整個生命周期中可以隨時獲得這些信息，從而完成對dma的配置和操作。

6.2? dma buffer管理

播放時，應(yīng)用程序把音頻數(shù)據(jù)源源不斷地寫入dma buffer中，然后相應(yīng)platform的dma操作則不停地從該buffer中取出數(shù)據(jù)，經(jīng)dai送往codec中。錄音時則正好相反，codec源源不斷地把A/D轉(zhuǎn)換好的音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過dai送入dma buffer中，而應(yīng)用程序則不斷地從該buffer中讀走音頻數(shù)據(jù)。

圖6.2.1 ? 環(huán)形緩沖區(qū)

環(huán)形緩沖區(qū)正好適合用于這種情景的buffer管理，理想情況下，大小為Count的緩沖區(qū)具備一個讀指針和寫指針，我們期望他們都可以閉合地做環(huán)形移動，但是實(shí)際的情況確實(shí)：緩沖區(qū)通常都是一段連續(xù)的地址，他是有開始和結(jié)束兩個邊界，每次移動之前都必須進(jìn)行一次判斷，當(dāng)指針移動到末尾時就必須人為地讓他回到起始位置。在實(shí)際應(yīng)用中，我們通常都會把這個大小為Count的緩沖區(qū)虛擬成一個大小為n*Count的邏輯緩沖區(qū)，相當(dāng)于理想狀態(tài)下的圓形繞了n圈之后，然后把這段總的距離拉平為一段直線，每一圈對應(yīng)直線中的一段，因?yàn)閚比較大，所以大多數(shù)情況下不會出現(xiàn)讀寫指針的換位的情況（如果不對buffer進(jìn)行擴(kuò)展，指針到達(dá)末端后，回到起始端時，兩個指針的前后相對位置會發(fā)生互換）。擴(kuò)展后的邏輯緩沖區(qū)在計算剩余空間可條件判斷是相對方便。alsa driver也使用了該方法對dma buffer進(jìn)行管理：

圖6.2.2 ?alsa driver緩沖區(qū)管理

snd_pcm_runtime結(jié)構(gòu)中，使用了四個相關(guān)的字段來完成這個邏輯緩沖區(qū)的管理：

snd_pcm_runtime.hw_ptr_base ?環(huán)形緩沖區(qū)每一圈的基地址，當(dāng)讀寫指針越過一圈后，它按buffer size進(jìn)行移動；

snd_pcm_runtime.status->hw_ptr ?硬件邏輯位置，播放時相當(dāng)于讀指針，錄音時相當(dāng)于寫指針；

snd_pcm_runtime.control->appl_ptr ?應(yīng)用邏輯位置，播放時相當(dāng)于寫指針，錄音時相當(dāng)于讀指針；

snd_pcm_runtime.boundary ?擴(kuò)展后的邏輯緩沖區(qū)大小，通常是(2^n)*size；

通過這幾個字段，我們可以很容易地獲得緩沖區(qū)的有效數(shù)據(jù)，剩余空間等信息，也可以很容易地把當(dāng)前邏輯位置映射回真實(shí)的dma buffer中。例如，獲得播放緩沖區(qū)的空閑空間：

[csharp]?view plain?copy

static?inline?snd_pcm_uframes_t?snd_pcm_playback_avail(struct?snd_pcm_runtime?*runtime)??

{??

snd_pcm_sframes_t?avail?=?runtime->status->hw_ptr?+?runtime->buffer_size?-?runtime->control->appl_ptr;??

if?(avail?

avail?+=?runtime->boundary;??

else?if?((snd_pcm_uframes_t)?avail?>=?runtime->boundary)??

avail?-=?runtime->boundary;??

return?avail;??

}??

要想映射到真正的緩沖區(qū)位置，只要減去runtime->hw_ptr_base即可。下面的api用于更新這幾個指針的當(dāng)前位置：

[cpp]?view plain?copy

int?snd_pcm_update_hw_ptr(struct?snd_pcm_substream?*substream)??

所以要想通過snd_pcm_playback_avail等函數(shù)獲得正確的信息前，應(yīng)該先要調(diào)用這個api更新指針位置。

以播放(playback)為例，我現(xiàn)在知道至少有3個途徑可以完成對dma buffer的寫入：

應(yīng)用程序調(diào)用alsa-lib的snd_pcm_writei、snd_pcm_writen函數(shù)；

應(yīng)用程序使用ioctl：SNDRV_PCM_IOCTL_WRITEI_FRAMES或SNDRV_PCM_IOCTL_WRITEN_FRAMES；

應(yīng)用程序使用alsa-lib的snd_pcm_mmap_begin/snd_pcm_mmap_commit;

以上幾種方式最終把數(shù)據(jù)寫入dma buffer中，然后修改runtime->control->appl_ptr的值。

播放過程中，通常會配置成每一個period size生成一個dma中斷，中斷處理函數(shù)最重要的任務(wù)就是：

更新dma的硬件的當(dāng)前位置，該數(shù)值通常保存在runtime->private_data中；

調(diào)用snd_pcm_period_elapsed函數(shù)，該函數(shù)會進(jìn)一步調(diào)用snd_pcm_update_hw_ptr0函數(shù)更新上述所說的4個緩沖區(qū)管理字段，然后喚醒相應(yīng)的等待進(jìn)程；

[cpp]?view plain?copy

"font-family:Arial,?Verdana,?sans-serif;">"white-space:?normal;">

"code"?class="cpp">void?snd_pcm_period_elapsed(struct?snd_pcm_substream?*substream)??

{??

struct?snd_pcm_runtime?*runtime;??

unsigned?long?flags;??

if?(PCM_RUNTIME_CHECK(substream))??

return;??

runtime?=?substream->runtime;??

if?(runtime->transfer_ack_begin)??

runtime->transfer_ack_begin(substream);??

snd_pcm_stream_lock_irqsave(substream,?flags);??

if?(!snd_pcm_running(substream)?||??

snd_pcm_update_hw_ptr0(substream,?1)?

goto?_end;??

if?(substream->timer_running)??

snd_timer_interrupt(substream->timer,?1);??

_end:??

snd_pcm_stream_unlock_irqrestore(substream,?flags);??

if?(runtime->transfer_ack_end)??

runtime->transfer_ack_end(substream);??

kill_fasync(&runtime->fasync,?SIGIO,?POLL_IN);??

}??

如果設(shè)置了transfer_ack_begin和transfer_ack_end回調(diào)，snd_pcm_period_elapsed還會調(diào)用這兩個回調(diào)函數(shù)。 ??

??

??

??

7. ?圖說代碼

最后，反正圖也畫了，好與不好都傳上來供參考一下，以下這張圖表達(dá)了 ASoC中Platform驅(qū)動的幾個重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系:

圖7.1 ? ASoC Platform驅(qū)動

一堆的private_data，很重要但也很容易搞混，下面的圖不知對大家有沒有幫助：

圖7.2 ?private_data

?