基于mini2440的uda1341音频驱动架构分析

Uda1341音频驱动分析
Mini2440开发板
Kernel：linux 2.6.32.2
音频基于i2s总线接口（和l3总线接口对混音器进行设置）
Linux ASoC音频设备驱动

ASoC驱动的组成

ASoC（ALSA
System on Chip）是ALSA在SoC方面的发展和演变，它在本质上仍然属于ALSA，但是在ALSA架构的基础上对CPU相关的代码和CODEC相关的代码进行了分离。其原因是，采用传统ALSA架构的情况下，同一型号的CODEC工作于不同的CPU时，需要不同的驱动，这不符合代码重用的要求。
ASoC主要由3部分组成。
（1）
CODEC驱动。这一部分只关心CODEC本身，与CPU平台相关的特性不由此部分操作。
（2）
平台驱动。这一部分只关心CPU本身，不关心CODEC。它主要处理两个问题：DMA引擎和SoC集成的PCM、I2S或AC’97数字接口的控制。
（3）
板驱动。也称为machine驱动，这一部分将平台驱动和CODEC驱动绑定在一起，描述了板一级的硬件特征。
在以上3部分中，1和2基本上都可以仍然是通用的驱动了，也就是说，CODEC驱动认为自己可以连接任意CPU，而CPU的I2S、PCM、或AC’97接口对应的平台驱动则认为自己可以连接任意符合接口类型的CODEC，只有3是不通用的，由特性的电路板上具体的CPU和CODEC确定，因此它很像一个插座，上面插上了CODEC和平台这两个插头。
在以上三部分之上的是ASoC核心层，由内核源代码中的sound/soc/soc-core.c实现，查看其源代码发现它完全是一个传统的ALSA驱动。因此，对于基于ASoC架构的声卡驱动而言，alsa-lia以及ALSA的一系列utility仍然是可用的，如amixer、aplay均无需针对ASoC进行任何改动。而ASoC的用户编程方法也和ALSA完全一致。
内核源代码的Documentation/sound/slsa/soc目录包含了ASoC相关的文档。

1.ASoC CODEC驱动

在ASoC架构下，CODEC驱动负责如下工作：
（1）
CODEC DAI（Digital Audio Interfaces）和配置PCM，由结构体snd_soc_dai来描述，形容playback、capture的属性以及DAI接口的操作。
位于内核源代码include/sound/soc-dai.h

/* * Digital Audio Interface runtime data. * * Holds runtime data for a DAI. */ struct snd_soc_dai { /* DAI description */ /*DAI的描述*/ char *name; unsigned int id; int ac97_control; struct device *dev; void *ac97_pdata; /* platform_data for the ac97 codec */ /*ac97平台数据*/ /* 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 */ /*DAI的能力*/ struct snd_soc_pcm_stream capture; /*录音*/ struct snd_soc_pcm_stream playback; /*放音*/ unsigned int symmetric_rates:1; /* DAI runtime info */ /*DAI运行时的信息*/ struct snd_pcm_runtime *runtime; struct snd_soc_codec *codec; unsigned int active; unsigned char pop_wait:1; void *dma_data; /* DAI private data */ /*DAI私有数据*/ void *private_data; /* parent platform */ /*父平台*/ struct snd_soc_platform *platform; struct list_head list; /*循环、双向链表*/ };

（2）
CODEC IO操作、动态音频电源管理以及时钟、PLL等控制

在（1）中的snd_soc_codec
结构体是对CODEC本身I/O控制以及动态音频电源管理（Dynamic
Audio Power Management，DAPM）的描述。它描述I2C、SPI或AC’97如何读写CODEC寄存器并容纳DAPM链表，核心成员为read()、write()、hw_write()、hw_read()、dapm_widgets、dapm_paths等。
位于内核源代码include/sound/soc.h

/* SoC Audio Codec */ struct snd_soc_codec { char *name; struct module *owner; struct mutex mutex; struct device *dev; struct snd_soc_device *socdev; struct list_head list; /* callbacks */ int (*set_bias_level)(struct snd_soc_codec *, enum snd_soc_bias_level level); /* runtime */ struct snd_card *card; struct snd_ac97 *ac97; /* for ad-hoc ac97 devices */ unsigned int active; unsigned int pcm_devs; void *private_data; /* codec IO */ void *control_data; /* codec control (i2c/3wire) data */ 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)(unsigned int); int (*readable_register)(unsigned int); hw_write_t hw_write; unsigned int (*hw_read)(struct snd_soc_codec *, unsigned int); void *reg_cache; short reg_cache_size; short reg_cache_step; /* dapm */ u32 pop_time; struct list_head dapm_widgets; struct list_head dapm_paths; enum snd_soc_bias_level bias_level; enum snd_soc_bias_level suspend_bias_level; struct delayed_work delayed_work; /* codec DAI's */ struct snd_soc_dai *dai; unsigned int num_dai; #ifdef CONFIG_DEBUG_FS struct dentry *debugfs_reg; struct dentry *debugfs_pop_time; struct dentry *debugfs_dapm; #endif };

在（1）中的snd_soc_dai_ops结构体则描述CODEC的时钟、PLL以及各式设置，主要包括set_sysclk()、set_pll()、set_clkdiv()、set_fmt()等成员函数。

位于内核源代码include/sound/soc-dai.h

/* * Digital Audio Interface. * * 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_ops { /* * DAI clocking configuration, all optional. * Called by soc_card drivers, normally in their hw_params. */ /*DAI时钟配置*/ 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, 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. */ /*DAI格式设置*/ 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_tristate)(struct snd_soc_dai *dai, int tristate); /* * DAI digital mute - optional. * Called by soc-core to minimise any pops. */ /*数字静音*/ int (*digital_mute)(struct snd_soc_dai *dai, int mute); /* * ALSA PCM audio operations - all optional. * Called by soc-core during audio PCM operations. */ /*在操作PCM时由soc-core调用进行PCM操作*/ /*音频流开始采集和播放时的一些动作*/ int (*startup)(struct snd_pcm_substream *, struct snd_soc_dai *); /*启动*/ void (*shutdown)(struct snd_pcm_substream *, struct snd_soc_dai *); /*关闭*/ int (*hw_params)(struct snd_pcm_substream *, struct snd_pcm_hw_params *, struct snd_soc_dai *); /*硬件参数设置*/ int (*hw_free)(struct snd_pcm_substream *, struct snd_soc_dai *); /*硬件参数释放*/ int (*prepare)(struct snd_pcm_substream *, struct snd_soc_dai *); /*准备*/ int (*trigger)(struct snd_pcm_substream *, int, struct snd_soc_dai *); /*在PCM被开始、停止或暂停时被调用*/ };

（3）
CODEC的mixer控制

ASoC中定义了一组宏来描述CODEC的mixer控制，这组宏可以方便地将mixer名和对应的寄存器进行绑定，主要包括：
位于内核源代码include/sound/soc.h

/* mixer control */ /*mixer控制*/ struct soc_mixer_control { int min, max; unsigned int reg, rreg, shift, rshift, invert; }; /* enumerated kcontrol */ /*枚举控制*/ struct soc_enum { unsigned short reg; unsigned short reg2; unsigned char shift_l; unsigned char shift_r; unsigned int max; unsigned int mask; const char **texts; const unsigned int *values; void *dapm; }; SOC_SINGLE(xname, reg, shift, max, invert) /*参数xname是mixer的名字，reg是控制该mixer的寄存器，shift对应寄存器内的位，max是进行操作时的最大数，invert表明是否极性倒序或翻转*/ SOC_DOUBLE(xname, xreg, shift_left, shift_right, xmax, xinvert) SOC_ENUM(xname, xenum) SOC_ENUM_SINGLE(xreg, xshift, xmax, xtexts) /*带x的，如xreg、xmax、xinvert、xenum、xshift、xtexts数据类型是unsigned long，不带x的为默认类型，见上面两个结构体。

（4）CODEC音频操作
在ASoC驱动的CODEC部分也需要关心音频流开始采集和播放时的一些动作，如hw_params()、hw_free()、prepare()、trigger()这些操作，不过与原始ALSA不同的是，在CODEC驱动的这些函数中，不关心CPU端，而只关心CODEC本身，由结构体and_soc_ops描述。

位于内核源代码include/sound/soc.h

/* 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); };

这个结构体在linux2.6.32.2中已经使用位于include/sound/soc-dai.h中snd_soc_dai_ops结构体来描述，见sound/soc/codecs/uda134x.c
以上是对于ASoC
CODEC驱动的工作进行描述和几个重要的数据结构。

2.ASoC平台驱动
首先，在ASoC平台驱动部分，同样存在着CODEC驱动中的snd_soc_dai、snd_soc_dai_ops、snd_soc_ops（这个结构体在linux2.6.32.2中已经交给snd_soc_dai_ops结构体来描述）这3个结构体的实例用于描述DAI和DAI上操作，不过不同的是，在平台驱动中，它们只描述CPU相关的部分而不描述CODEC。除此之外，在ASoC平台驱动中，必须实现完整的DMA驱动，即传统ALSA的snd_pcm_ops结构体成员函数trigger()、pointer()等。因此ASoC平台驱动通常由DAI和DMA两部分组成：
snd_soc_dai、snd_soc_dai_ops、snd_soc_ops这3个结构体和在CODEC驱动中一样，只是在这里只描述CPU相关的部分，对CPU中设计到的寄存器进行设置；
snd_pcm_ops结构体描述DMA操作和设置；

snd_pcm_ops结构体
位于内核源代码include/sound/pcm.h

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); /*驱动中通常可以给ioctl()成员函数传递通用的snd_pcm_lib_ioctl()函数*/ int (*hw_params)(struct snd_pcm_substream *substream, struct snd_pcm_hw_params *params); /* hw_params()成员函数将在应用程序设置硬件参数（PCM子流的周期大小、缓冲区大小和格式等）的时候被调用*/ int (*hw_free)(struct snd_pcm_substream *substream); /*释放由hw_params()分配的资源*/ int (*prepare)(struct snd_pcm_substream *substream); /*当PCM被“准备”时，prepare()函数被调用，在其中可以设置采样率、格式等*/ int (*trigger)(struct snd_pcm_substream *substream, int cmd); /*trigger()成员函数在PCM被开始、停止或暂停时调用*/ snd_pcm_uframes_t (*pointer)(struct snd_pcm_substream *substream); /*pointer()函数用于PCM中间层查询目前缓冲区的硬件设置，该函数以帧的形式返回0~buffer_sise-1的位置（ALSA 0.5.x中为字节形式），此函数也是原子的*/ 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); };

3.ASoC板驱动

ASoC板驱动直接与板对应，对于一块确定的电路板，其SoC和CODEC都是确定的，因此板驱动将ASoC
CODEC驱动和CPU端的平台驱动进行绑定，这个绑定用数据结构snd_soc_dai_link描述

位于内核源代码include/sound/soc.h

/* 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 */ /*板流操作*/ struct snd_soc_ops *ops; /* codec/machine specific init - e.g. add machine controls */ /*codec/machine 特定的初始化*/ 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; };

在板驱动的模块初始化函数中，会通过platform_device_add()注册一个名为“soc-audio”的platform设备，这是因为soc-core.c注册了一个名为“soc-audio”的platform驱动，因此，在板驱动中注册“soc-audio”设备会引起两者的匹配，从而引发一系列的初始化操作。尤其值得一提的是，“soc-audio”设备的私有数据需要为一个snd_soc_device的结构体实体。

总结：
snd_soc_device结构体是对ASoC设备的整体封装，包括了封装板用的snd_soc_machine(machine成员)[此结构体在linux
2.6.32.2中是snd_soc_card(card成员)]、封装ASoC
CODEC设备用的snd_soc_codec_device(codec_devc成员)、封装ASoC平台设备用snd_soc_platform(platform成员)。

在CODEC驱动中提供给板驱动两个结构体：一个是关于codec
的DAI和对PCM配置的结构体snd_soc_dai另一个是封装ASoC
CODEC设备用的snd_soc_codec_device结构体；
在ASoC平台设备驱动中也提供两个：一个是关于CPU相关的DAI操作设置另一个是对ASoC平台设备的封装snd_soc_platform结构体；
在板驱动中，将CODEC驱动和平台驱动中的snd_soc_dai进行绑定，用snd_soc_dai_link结构体实现，同时把板的硬件的板流操作snd_soc_ops结构体的实现填充进去，

snd_soc_card结构体对板驱动的封装，把snd_soc_dai_link和snd_soc_platform填充进去，

snd_soc_device结构体对ASoC设备一个整体封装，把snd_soc_card和snd_soc_codec_device和uda134x_platform_data进行填充。

在mini2440的uda1341音频驱动中以ASoC为架构：
ASoC驱动有以下三部分组成：
（1）
CODEC驱动：由内核源代码sound/soc/codecs/uda134x.c实现
（2）
平台驱动：由内核源代码sound/soc/s3c24xx/s3c24xx-i2s.c实现CPU端的DAI驱动，由sound/soc/s3c24xx/s3c24xx_pcm.c实现CPU端的DMA驱动
（3）
板驱动：由内核源代码sound/soc/s3c24xx/s3c24xx_uda134x.c实现，它将第一部分和第二部分进行绑定。
在以上三部分之上的是ASoC核心层，由内核源代码中的sound/soc/soc-core.c实现，查看其源代码发现它完全是一个传统的ALSA驱动。