Linux ALSA框架之七:ASoC架构中的Codec

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.

2. ASoC中对Codec的数据抽象

描述Codec的最主要的几个数据结构分别是:snd_soc_codec,snd_soc_codec_driver,snd_soc_dai,snd_soc_dai_driver,其中的snd_soc_dai和snd_soc_dai_driver在ASoC的Platform驱动中也会使用到,Platform和Codec的DAI通过snd_soc_dai_link结构,在Machine驱动中进行绑定连接.下面我们先看看这几个结构的定义,这里我只贴出我要关注的字段,详细的定义请参照:/include/sound/soc.h

snd_soc_codec

 1 /* SoC Audio Codec device */
 2 struct snd_soc_codec {
 3     const char *name;  /* Codec的名字*/
 4     struct device *dev; /* 指向Codec设备的指针 */
 5     const struct snd_soc_codec_driver *driver; /* 指向该codec的驱动的指针 */
 6     struct snd_soc_card *card;    /* 指向Machine驱动的card实例 */
 7     int num_dai; /* 该Codec数字接口的个数，目前越来越多的Codec带有多个I2S或者是PCM接口 */
 8     int (*volatile_register)(...);  /* 用于判定某一寄存器是否是volatile */
 9     int (*readable_register)(...);  /* 用于判定某一寄存器是否可读 */
10     int (*writable_register)(...);  /* 用于判定某一寄存器是否可写 */
11 
12     /* runtime */
13     ......
14     /* codec IO */
15     void *control_data; /* 该指针指向的结构用于对codec的控制，通常和read，write字段联合使用 */
16     enum snd_soc_control_type control_type;/* 可以是SND_SOC_SPI，SND_SOC_I2C，SND_SOC_REGMAP中的一种 */
17     unsigned int (*read)(struct snd_soc_codec *, unsigned int);  /* 读取Codec寄存器的函数 */
18     int (*write)(struct snd_soc_codec *, unsigned int, unsigned int);  /* 写入Codec寄存器的函数 */
19     /* dapm */
20     struct snd_soc_dapm_context dapm;  /* 用于DAPM控件 */
21 };

snd_soc_codec_driver

 1 /* codec driver */
 2 struct snd_soc_codec_driver {
 3     /* driver ops */
 4     int (*probe)(struct snd_soc_codec *);  /* codec驱动的probe函数，由snd_soc_instantiate_card回调 */
 5     int (*remove)(struct snd_soc_codec *);  
 6     int (*suspend)(struct snd_soc_codec *);  /* 电源管理 */
 7     int (*resume)(struct snd_soc_codec *);  /* 电源管理 */
 8 
 9     /* Default control and setup, added after probe() is run */
10     const struct snd_kcontrol_new *controls;  /* 音频控件指针 */
11     const struct snd_soc_dapm_widget *dapm_widgets;  /* dapm部件指针 */
12     const struct snd_soc_dapm_route *dapm_routes;  /* dapm路由指针 */
13 
14     /* codec wide operations */
15     int (*set_sysclk)(...);  /* 时钟配置函数 */
16     int (*set_pll)(...);  /* 锁相环配置函数 */
17 
18     /* codec IO */
19     unsigned int (*read)(...);  /* 读取codec寄存器函数 */
20     int (*write)(...);  /* 写入codec寄存器函数 */
21     int (*volatile_register)(...);  /* 用于判定某一寄存器是否是volatile */
22     int (*readable_register)(...);  /* 用于判定某一寄存器是否可读 */
23     int (*writable_register)(...);  /* 用于判定某一寄存器是否可写 */
24 
25     /* codec bias level */
26     int (*set_bias_level)(...);  /* 偏置电压配置函数 */
27 
28 };

snd_soc_dai

 1 /*
 2  * Digital Audio Interface runtime data.
 3  *
 4  * Holds runtime data for a DAI.
 5  */
 6 struct snd_soc_dai {
 7     const char *name;  /* dai的名字 */
 8     struct device *dev;  /* 设备指针 */
 9 
10     /* driver ops */
11     struct snd_soc_dai_driver *driver;  /* 指向dai驱动结构的指针 */
12 
13     /* DAI runtime info */
14     unsigned int capture_active:1;        /* stream is in use */
15     unsigned int playback_active:1;        /* stream is in use */
16 
17     /* DAI DMA data */
18     void *playback_dma_data;  /* 用于管理playback dma */
19     void *capture_dma_data;  /* 用于管理capture dma */
20 
21     /* parent platform/codec */
22     union {
23         struct snd_soc_platform *platform;  /* 如果是cpu dai，指向所绑定的平台 */
24         struct snd_soc_codec *codec;  /* 如果是codec dai指向所绑定的codec */
25     };
26     struct snd_soc_card *card;  /* 指向Machine驱动中的crad实例 */
27 };

snd_soc_dai_driver

 1 /*
 2  * Digital Audio Interface Driver.
 3  *
 4  * Describes the Digital Audio Interface in terms of its ALSA, DAI and AC97
 5  * operations and capabilities. Codec and platform drivers will register this
 6  * structure for every DAI they have.
 7  *
 8  * This structure covers the clocking, formating and ALSA operations for each
 9  * interface.
10  */
11 struct snd_soc_dai_driver {
12     /* DAI description */
13     const char *name;  /* dai驱动名字 */
14 
15     /* DAI driver callbacks */
16     int (*probe)(struct snd_soc_dai *dai);  /* dai驱动的probe函数，由snd_soc_instantiate_card回调 */
17     int (*remove)(struct snd_soc_dai *dai);  
18     int (*suspend)(struct snd_soc_dai *dai);  /* 电源管理 */
19     int (*resume)(struct snd_soc_dai *dai);  
20 
21     /* ops */
22     const struct snd_soc_dai_ops *ops;  /* 指向本dai的snd_soc_dai_ops结构 */
23 
24     /* DAI capabilities */
25     struct snd_soc_pcm_stream capture;  /* 描述capture的能力 */
26     struct snd_soc_pcm_stream playback;  /* 描述playback的能力 */
27 };

snd_soc_dai_ops用于实现该dai的控制盒参数配置

 1 struct snd_soc_dai_ops {
 2     /*
 3      * DAI clocking configuration, all optional.
 4      * Called by soc_card drivers, normally in their hw_params.
 5      */
 6     int (*set_sysclk)(...);
 7     int (*set_pll)(...);
 8     int (*set_clkdiv)(...);
 9     /*
10      * DAI format configuration
11      * Called by soc_card drivers, normally in their hw_params.
12      */
13     int (*set_fmt)(...);
14     int (*set_tdm_slot)(...);
15     int (*set_channel_map)(...);
16     int (*set_tristate)(...);
17     /*
18      * DAI digital mute - optional.
19      * Called by soc-core to minimise any pops.
20      */
21     int (*digital_mute)(...);
22     /*
23      * ALSA PCM audio operations - all optional.
24      * Called by soc-core during audio PCM operations.
25      */
26     int (*startup)(...);
27     void (*shutdown)(...);
28     int (*hw_params)(...);
29     int (*hw_free)(...);
30     int (*prepare)(...);
31     int (*trigger)(...);
32     /*
33      * For hardware based FIFO caused delay reporting.
34      * Optional.
35      */
36     snd_pcm_sframes_t (*delay)(...);
37 };

3. Codec的注册

因为Codec驱动的代码要做到平台无关性,要使得Machine驱动能够使用该Codec,Codec驱动的首要任务就是确定snd_soc_codec和snd_soc_dai的实例,并把它们注册到系统中,注册后的codec和dai才能为Machine驱动所用,以WM8994为例,对应的代码位置:/sound/soc/codecs/wm8994.c,模块的入口函数注册了一个platform driver

 1 static struct platform_driver wm8994_codec_driver = {
 2     .driver = {
 3            .name = "wm8994-codec",
 4            .owner = THIS_MODULE,
 5            },
 6     .probe = wm8994_probe,
 7     .remove = __devexit_p(wm8994_remove),
 8 };
 9 
10 module_platform_driver(wm8994_codec_driver);

有platform driver,必定会有相应的platform device,这个platform device的来源后面再说,显然,platform driver注册后,probe回调将会被调用,这里是wm8994_probe函数

1 static int __devinit wm8994_probe(struct platform_device *pdev)
2 {
3     return snd_soc_register_codec(&pdev->dev, &soc_codec_dev_wm8994,
4             wm8994_dai, ARRAY_SIZE(wm8994_dai));
5 }

其中,soc_codec_dev_wm8994和wm8994_dai的定义如下(代码中定义了3个dai,这里只列出第一个)

1 static struct snd_soc_codec_driver soc_codec_dev_wm8994 = {
2     .probe =    wm8994_codec_probe,
3     .remove =    wm8994_codec_remove,
4     .suspend =    wm8994_suspend,
5     .resume =    wm8994_resume,
6     .set_bias_level = wm8994_set_bias_level,
7     .reg_cache_size    = WM8994_MAX_REGISTER,
8     .volatile_register = wm8994_soc_volatile,
9 };

 1 static struct snd_soc_dai_driver wm8994_dai[] = {
 2     {
 3         .name = "wm8994-aif1",
 4         .id = 1,
 5         .playback = {
 6             .stream_name = "AIF1 Playback",
 7             .channels_min = 1,
 8             .channels_max = 2,
 9             .rates = WM8994_RATES,
10             .formats = WM8994_FORMATS,
11         },
12         .capture = {
13             .stream_name = "AIF1 Capture",
14             .channels_min = 1,
15             .channels_max = 2,
16             .rates = WM8994_RATES,
17             .formats = WM8994_FORMATS,
18          },
19         .ops = &wm8994_aif1_dai_ops,
20     },
21     ......
22 }

可见,Codec驱动的第一个步骤就是定义snd_soc_codec_driver和snd_soc_dai_driver的实例,然后调用snd_soc_register_codec函数对Codec进行注册.进入snd_soc_register_codec函数看看

首先,它申请了一个snd_soc_codec结构的实例

1     codec = kzalloc(sizeof(struct snd_soc_codec), GFP_KERNEL);

确定codec的名字,这个名字很重要,Machine驱动定义的snd_soc_dai_link中会指定每个link的codec和dai的名字,进行匹配绑定时就是通过和这里的名字比较,从而找到该Codec的!

1 /* create CODEC component name */
2     codec->name = fmt_single_name(dev, &codec->id);

然后初始化它的各个字段,多数字段的值来自上面定义的snd_soc_codec_driver的实例soc_codec_dev_wm8994

 1     codec->write = codec_drv->write;
 2     codec->read = codec_drv->read;
 3     codec->volatile_register = codec_drv->volatile_register;
 4     codec->readable_register = codec_drv->readable_register;
 5     codec->writable_register = codec_drv->writable_register;
 6     codec->dapm.bias_level = SND_SOC_BIAS_OFF;
 7     codec->dapm.dev = dev;
 8     codec->dapm.codec = codec;
 9     codec->dapm.seq_notifier = codec_drv->seq_notifier;
10     codec->dapm.stream_event = codec_drv->stream_event;
11     codec->dev = dev;
12     codec->driver = codec_drv;
13     codec->num_dai = num_dai;

在做了一些寄存器缓存的初始化和配置工作后,通过snd_soc_register_dais函数对本Codec的dai进行注册

1     /* register any DAIs */
2     if (num_dai) {
3         ret = snd_soc_register_dais(dev, dai_drv, num_dai);
4         if (ret < 0)
5             goto fail;
6     }

最后,它把codec实例链接到全局链表codec_list中,并且调用snd_soc_instantiate_cards是函数触发Machine驱动进行一次匹配绑定操作

1     list_add(&codec->list, &codec_list);
2     snd_soc_instantiate_cards();

上面的snd_soc_register_dais函数其实也是和snd_soc_register_codec类似,显示为每个snd_soc_dai实例分配内存,确定dai的名字,用snd_soc_dai_driver实例的字段对它进行必要初始化,最后把该dai链接到全局链表dai_list中,和Codec一样,最后也会调用snd_soc_instantiate_cards函数触发一次匹配绑定的操作

Linux ALSA框架之七:ASoC架构中的Codec

　　　　　　图3.1 dai的注册

关于snd_soc_instantiate_cards函数,请参阅另一篇博文:Linux音频驱动之六:ASoC架构中的Machine

4. mfd设备

前面已经提到,codec驱动把自己注册为一个platform driver,那对应的platform device在哪里定义?答案是在以下代码文件中:/drivers/mfd/wm8994-core.c.

WM8994本身具备多种功能,除了codec外,它还有作为LDO和GPIO使用,这几种功能共享一些IO和中断资源,linux为这种设备提供了一套标准的实现方法:mfd设备.其基本思想是为这些功能的公共部分实现一个父设备,以便共享某些系统资源和功能,然后每个子功能实现为它的子设备,这样既共享了资源和代码,又能实现合理的设备层次结构,主要利用到的API就是:mfd_add_devices(),mfd_remove_devices(),mfd_cell_enable(),mfd_cell_disable(),mfd_clone_cell().

回到wm8994-core.c中,因为WM8994使用I2C进行内部寄存器的存取,它首先注册了一个I2C驱动:

 1 static struct i2c_driver wm8994_i2c_driver = {
 2     .driver = {
 3         .name = "wm8994",
 4         .owner = THIS_MODULE,
 5         .pm = &wm8994_pm_ops,
 6         .of_match_table = wm8994_of_match,
 7     },
 8     .probe = wm8994_i2c_probe,
 9     .remove = wm8994_i2c_remove,
10     .id_table = wm8994_i2c_id,
11 };
12 
13 static int __init wm8994_i2c_init(void)
14 {
15     int ret;
16 
17     ret = i2c_add_driver(&wm8994_i2c_driver);
18     if (ret != 0)
19         pr_err("Failed to register wm8994 I2C driver: %d\n", ret);
20 
21     return ret;
22 }
23 module_init(wm8994_i2c_init);

进入wm8994_i2c_probe()函数,它先申请了一个wm8994结构的变量,该变量被作为这个I2C设备的driver_data使用,上面已经讲过,codec作为它的子设备,将会取出并使用这个driver_data.接下来,本函数利用regmap_init_i2c()初始化并获得一个regmap结构,该结构主要用于后续基于regmap机制的寄存器I/O,关于regmap我们留在后面再讲.最后,通过wm8994_device_init()来添加mfd子设备

 1 static int wm8994_i2c_probe(struct i2c_client *i2c,
 2                 const struct i2c_device_id *id)
 3 {
 4     struct wm8994 *wm8994;
 5     int ret;
 6     wm8994 = devm_kzalloc(&i2c->dev, sizeof(struct wm8994), GFP_KERNEL);
 7     i2c_set_clientdata(i2c, wm8994);
 8     wm8994->dev = &i2c->dev;
 9     wm8994->irq = i2c->irq;
10     wm8994->type = id->driver_data;
11     wm8994->regmap = regmap_init_i2c(i2c, &wm8994_base_regmap_config);
12 
13     return wm8994_device_init(wm8994, i2c->irq);
14 }

继续进入wm8994_device_init()函数,它首先为两个LDO添加mfd子设备

1     /* Add the on-chip regulators first for bootstrapping */
2     ret = mfd_add_devices(wm8994->dev, -1,
3                   wm8994_regulator_devs,
4                   ARRAY_SIZE(wm8994_regulator_devs),
5                   NULL, 0);

因为WM1811,WM8994,WM8958三个芯片功能类似,因此这三个芯片都使用了WM8994的代码,所以wm8994_device_init()接下来根据不同的芯片型号做了一些初始化动作,这部分的代码就不贴了.接着,从platform_data中获得部分配置信息

1     if (pdata) {
2         wm8994->irq_base = pdata->irq_base;
3         wm8994->gpio_base = pdata->gpio_base;
4 
5         /* GPIO configuration is only applied if it's non-zero */
6         ......
7     }

最后,初始化irq,然后添加codec子设备和gpio子设备

1     wm8994_irq_init(wm8994);
2 
3     ret = mfd_add_devices(wm8994->dev, -1,
4                   wm8994_devs, ARRAY_SIZE(wm8994_devs),
5                   NULL, 0);

经过以上这些处理后,作为父设备的I2C设备已经准备就绪,它的下面挂着4个子设备:ldo-0,ldo-1,codec,gpio.其中,codec子设备的加入,它将会和前面所讲codec的platform driver匹配,触发probe回调完成下面所说的codec驱动的初始化工作.

5. Codec初始化

Machine驱动的初始化,codec和dai的注册,都会调用snd_soc_instantiate_cards()进行一次声卡和codec,dai,platform的匹配绑定过程,这里所说的绑定,正如Machine驱动一文中所描述,就是通过3个全局链表,按名字进行匹配,把匹配的codec,dai和platform实例赋值给声卡每对dai的snd_soc_pcm_runtime变量中.一旦绑定成功,将会使得codec和dai驱动的probe回调被调用,codec的初始化工作就在该回调中完成.对于WM8994,该回调就是wm8994_codec_probe函数

Linux ALSA框架之七:ASoC架构中的Codec

　　　　　　图5.1 wm8994_codec_probe

取出父设备的driver_data,其实就是上一节的wm8994结构变量,取出其中的regmap字段,复制到codec的control_data字段中;
申请一个wm8994_priv私有数据结构,并把它设为codec设备的driver_data;
通过snd_soc_codec_set_cache_io初始化regmap io,完成这一步后,就可以使用API:snd_soc_read(),snd_soc_write()对codec的寄存器进行读写了;
把父设备的driver_data(struct wm8994)和platform_data保存到私有结构wm8994_priv中;
因为要同时支持3个芯片型号,这里要根据芯片的型号做一些特定的初始化工作;
申请必要的几个中断;
设置合适的偏置电平;
通过snd_soc_update_bits修改某些寄存器;
根据父设备的platform_data,完成特定于平台的初始化配置;
添加必要的control,dapm部件进而dapm路由信息;

至此,codec驱动的初始化完成.

6. regmap-io

我们知道,要想对codec进行控制,通常都是通过读写它的内部寄存器完成的,读写的接口通常是I2C或者是SPI接口,不过每个codec芯片寄存器的比特位组成都有所不同,寄存器地址的比特位也有所不同.例如WM8753的寄存器地址是7bits,数据是9bits,WM8993的寄存器地址是8bits,数据也是16bits,而WM8994的寄存器地址是16bits,数据也是16bits.在kernel3.1版本,内核引入了一套regmap机制和相关的API,这样就可以用统一的操作来实现对这些多样的寄存器的控制.regmap使用起来也相对简单

为codec定义一个regmap_config结构实例,指定codec寄存器的地址和数据位等信息;
根据codec的控制总线类型,调用以下其中一个函数,得到一个指向regmap结构的指针:

struct regmap *regmap_init_i2c(struct i2c_client *i2c, const struct regmap_config *config);
struct regmap *regmap_init_spi(struct spi_device *dev, const struct regmap_config *config);

把获得的regmap结构指针赋值给codec->control_data;
调用soc-io的api:snd_soc_codec_set_cache_io使得soc-io和regmap进行关联

完成以上步骤后,codec驱动就可以使用诸如snd_soc_read、snd_soc_write、snd_soc_update_bits等API对codec的寄存器进行读写了.

本文转自:http://blog.csdn.net/droidphone/article/details/7283833

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Linux ALSA框架之七:ASoC架构中的Codec

1. Codec简介

2. ASoC中对Codec的数据抽象

3. Codec的注册

4. mfd设备

5. Codec初始化

6. regmap-io

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