1. Overview

硬件平台及软件版本：

Kernel - 3.4.5
SoC - Samsung exynos
CODEC - WM8994
Machine - goni_wm8994
Userspace - tinyalsa

Linux ALSA 音频系统架构大致如下：

              +--------+  +--------+  +--------+
              |tinyplay|  |tinycap |  |tinymix |
              +--------+  +--------+  +--------+
                   |           ^           ^ 
                   V           |           V
              +--------------------------------+
              |        ALSA Library API        |
              |      (tinyalsa, alsa-lib)      |
              +--------------------------------+
  user space                   ^
-------------------------------|---------------------
  kernel space                 V
              +--------------------------------+
              |           ALSA CORE            |
              | +-------+ +-------+ +------+   |
              | |  PCM  | |CONTROL| | MIDI |...|
              | +-------+ +-------+ +------+   |
              +--------------------------------+
                               |
              +--------------------------------+
              |           ASoC CORE            |
              +--------------------------------+
                               |
              +--------------------------------+
              |        hardware driver         |
              |  +-------+ +--------+ +-----+  |
              |  |Machine| |Platform| |Codec|  |
              |  +-------+ +--------+ +-----+  |
              +--------------------------------+

       
       
       
       
       
       
       
       
        
        
        
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        3
        
        
        
        4
        
        
        
        5
        
        
        
        6
        
        
        
        7
        
        
        
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        9
        
        
        
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Native ALSA Application：tinyplay/tinycap/tinymix，这些用户程序直接调用 alsa 用户库接口来实现放音、录音、控制
ALSA Library API：alsa 用户库接口，常见有 tinyalsa、alsa-lib
ALSA CORE：alsa 核心层，向上提供逻辑设备（PCM/CTL/MIDI/TIMER/…）系统调用，向下驱动硬件设备（Machine/I2S/DMA/CODEC）
ASoC CORE：asoc 是建立在标准 alsa core 基础上，为了更好支持嵌入式系统和应用于移动设备的音频 codec 的一套软件体系
Hardware Driver：音频硬件设备驱动，由三大部分组成，分别是 Machine、Platform、Codec

本主题不遵循自顶而下的原则，而先从硬件设备驱动说起，毕竟这些是看得见摸得着听得到的东西，容易对其有着直观的理解。

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// 声明：本文由 http://blog.csdn.net/zyuanyun 原创，转载请注明出处，谢谢！
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ALSA/ASoC 中硬件设备关系：

+------------------------------------------+
|                 Machine                  |
|  +--------------+      +--------------+  |
|  |   Platform   |      |     Codec    |  |
|  |              | I2S  |              |  |
|  |       cpu_dai|<---->|codec_dai     |  |
|  |              |      |              |  |
|  +--------------+      +--------------+  |
+------------------------------------------+

       
       
       
       
       
       
       
       
        
        
        
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        2
        
        
        
        3
        
        
        
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        6
        
        
        
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        8
        
        
        
        9

Platform：指某款 SoC 平台的音频模块，如 exynos、omap、qcom 等等。Platform 又可细分两部分：
- cpu dai：在嵌入式系统里面通常指 SoC 的 I2S、PCM 总线控制器，负责把音频数据从 I2S tx FIFO 搬运到 CODEC（这是回放的情形，录制则方向相反）。cpu_dai 通过 snd_soc_register_dai() 来注册。注：DAI 是 Digital Audio Interface 的简称，分为 cpu_dai 和 codec_dai，这两者通过 I2S/PCM 总线连接；AIF 是 Audio Interface 的简称，嵌入式系统中一般是 I2S 和 PCM 接口。
- pcm dma：负责把 dma buffer 中的音频数据搬运到 I2S tx FIFO。值得留意的是：某些情形下是不需要 dma 操作的，比如 Modem 和 CODEC 直连，因为 Modem 本身已经把数据送到 FIFO 了，这时只需启动 codec_dai 接收数据即可；该情形下，Machine 驱动 dai_link 中需要设定 .platform_name = "snd-soc-dummy", 这是虚拟 dma 驱动，实现见 sound/soc/soc-utils.c。音频 dma 驱动通过 snd_soc_register_platform() 来注册，故也常用 platform 来指代音频 dma 驱动（这里的 platform 需要与 SoC Platform 区分开）。
Codec：对于回放来说，userspace 送过来的音频数据是经过采样量化的数字信号，在 codec 经过 DAC 转换成模拟信号然后输出到外放或耳机，这样我们就可以听到声音了。Codec 字面意思是编解码器，但芯片里面的功能部件很多，常见的有 AIF、DAC、ADC、Mixer、PGA、Line-in、Line-out，有些高端的 codec 芯片还有 EQ、DSP、SRC、DRC、AGC、Echo-Canceller、Noise-Suppression 等部件。
Machine：指某款机器，通过配置 dai_link 把 cpu_dai、codec_dai、modem_dai 各个音频接口给链结成一条条音频链路，然后注册 snd_soc_card。和上面两个不一样，Platform 和 CODEC 驱动一般是可以重用的，而 Machine 有它特定的硬件特性，几乎是不可重用的。所谓的硬件特性指：SoC Platform 与 Codec 的差异；DAIs 之间的链结方式；通过某个 GPIO 打开 Amplifier；通过某个 GPIO 检测耳机插拔；使用某个时钟如 MCLK/External-OSC 作为 I2S、CODEC 的时钟源等等。

从上面的描述来看，对于回放的情形，PCM 数据流向大致是：

        copy_from_user           DMA                 I2S           DAC
              ^                   ^                   ^             ^
+---------+   |    +----------+   |   +-----------+   |   +-----+   |   +------+
|userspace+-------->DMA Buffer+------->I2S TX FIFO+------->CODEC+------->SPK/HP|
+---------+        +----------+       +-----------+       +-----+       +------+

       
       
       
       
       
       
       
       
        
        
        
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几个音频物理链路的概念：

dai_link：machine 驱动中定义的音频数据链路，它指定链路用到的 codec、codec_dai、cpu_dai、platform。比如对于 goni_wm8994 平台的 media 链路：codec="wm8994-codec"、codec_dai="wm8994-aif1"、cpu_dai="samsung-i2s"、platform="samsung-audio"，这四者就构成了一条音频数据链路用于多媒体声音的回放和录制。一个系统可能有多个音频数据链路，比如 media 和 voice，因此可以定义多个 dai_link 。如 WM8994 的典型设计，有三个 dai_link，分别是 AP<>AIF1 的 “HIFI”（多媒体声音链路），BP<>AIF2 的 “Voice”（通话语音链路），以及 BT<>AIF3（蓝牙 SCO 语音链路）。

代码如下：

static struct snd_soc_dai_link goni_dai[] = {
{
    .name = "WM8994",
    .stream_name = "WM8994 HiFi",
    .cpu_dai_name = "samsung-i2s.0",
    .codec_dai_name = "wm8994-aif1",
    .platform_name = "samsung-audio",
    .codec_name = "wm8994-codec.0-001a",
    .init = goni_wm8994_init,
    .ops = &goni_hifi_ops,
}, {
    .name = "WM8994 Voice",
    .stream_name = "Voice",
    .cpu_dai_name = "goni-voice-dai",
    .codec_dai_name = "wm8994-aif2",
    .codec_name = "wm8994-codec.0-001a",
    .ops = &goni_voice_ops,
},
};

       
       
       
       
       
       
       
       
        
        
        
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hw constraints：指平台本身的硬件限制，如所能支持的通道数/采样率/数据格式、DMA 支持的数据周期大小（period size）、周期次数（period count）等，通过 snd_pcm_hardware 结构体描述：

static const struct snd_pcm_hardware dma_hardware = {
    .info           = SNDRV_PCM_INFO_INTERLEAVED |
                    SNDRV_PCM_INFO_BLOCK_TRANSFER |
                    SNDRV_PCM_INFO_MMAP |
                    SNDRV_PCM_INFO_MMAP_VALID |
                    SNDRV_PCM_INFO_PAUSE |
                    SNDRV_PCM_INFO_RESUME,
    .formats        = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE |
                    SNDRV_PCM_FMTBIT_U16_LE |
                    SNDRV_PCM_FMTBIT_U8 |
                    SNDRV_PCM_FMTBIT_S8,
    .channels_min       = 2,
    .channels_max       = 2,
    .buffer_bytes_max   = 128*1024,
    .period_bytes_min   = PAGE_SIZE,
    .period_bytes_max   = PAGE_SIZE*2,
    .periods_min        = 2,
    .periods_max        = 128,
    .fifo_size      = 32,
};

       
       
       
       
       
       
       
       
        
        
        
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hw params：用户层设置的硬件参数，如 channels、sample rate、pcm format、period size、period count；这些参数受 hw constraints 约束。

sw params：用户层设置的软件参数，如 start threshold、stop threshold、silence threshold。

2. ASoC

ASoC：ALSA System on Chip，是建立在标准 ALSA 驱动之上，为了更好支持嵌入式系统和应用于移动设备的音频 codec 的一套软件体系，它依赖于标准 ALSA 驱动框架。内核文档 Documentation/alsa/soc/overview.txt 中详细介绍了 ASoC 的设计初衷，这里不一一引用，简单陈述如下：

独立的 codec 驱动，标准的 ALSA 驱动框架里面 codec 驱动往往与 SoC/CPU 耦合过于紧密，不利于在多样化的平台/机器上移植复用
方便 codec 与 SoC 通过 PCM/I2S 总线建立链接
动态音频电源管理 DAPM，使得 codec 任何时候都工作在最低功耗状态，同时负责音频路由的创建
POPs 和 click 音抑制弱化处理，在 ASoC 中通过正确的音频部件上下电次序来实现
Machine 驱动的特定控制，比如耳机、麦克风的插拔检测，外放功放的开关

在概述中已经介绍了 ASoC 硬件设备驱动的三大构成：Codec、Platform 和 Machine，下面列举各驱动的功能构成：

ASoC Codec Driver：

Codec DAI 和 PCM 的配置信息
Codec 的控制接口，如 I2C/SPI
Mixer 和其他音频控件
Codec 的音频接口函数，见 snd_soc_dai_ops 结构体定义
DAPM 描述信息
DAPM 事件处理句柄
DAC 数字静音控制

ASoC Platform Driver：包括 dma 和 cpu_dai 两部分：

dma 驱动实现音频 dma 操作，具体见 snd_pcm_ops 结构体定义
cpu_dai 驱动实现音频数字接口控制器的描述和配置

ASoC Machine Driver：

作为链结 Platform 和 Codec 的载体，它必须配置 dai_link 为音频数据链路指定 Platform 和 Codec
处理机器特有的音频控件和音频事件，例如回放时打开外放功放

硬件设备驱动相关结构体：

snd_soc_codec_driver：音频编解码芯片描述及操作函数，如控件/微件/音频路由的描述信息、时钟配置、IO 控制等
snd_soc_dai_driver：音频数据接口描述及操作函数，根据 codec 端和 soc 端，分为 codec_dai 和 cpu_dai
snd_soc_platform_driver：音频 dma 设备描述及操作函数
snd_soc_dai_link：音频链路描述及板级操作函数

下面是 goni_wm8994 类图，从这个类图中，我们可以大致了解 goni_wm8994 整个音频驱动组成：

3. Codec

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，之前已有描述，本章主要罗列下 Codec driver 中重要的数据结构及注册流程。

我们先看看 Codec 的硬件框图，以 WM8994 为例：

其中有着各种功能部件，包括但不限于：

Widget	Description
ADC	把麦克风拾取的模拟信号转换成数字信号
DAC	把音频接口过来的数字信号转换成模拟信号
AIF	音频数字接口，用于 Codec 与其他器件（如AP、BB等）之间的数据传输
MIXER	混音器，把多路输入信号混合成单路输出
DRC	动态范围调节
LHPF	高低通滤波

（一）Linux ALSA 音频系统：物理链路篇

物理链路篇

Linux ALSA 音频系统：物理链路篇

1. Overview

2. ASoC

3. Codec

3.1. Codec DAI and PCM configuration

3.2. Codec control IO

3.3. Mixers and audio controls

3.4. Codec audio operations

3.5. DAPM description

3.6. Codec register

4. Platform

4.1. cpu dai

4.2. pcm dma

4.2.1. pcm operations

4.2.2. dma buffer allocation

4.2.3. pcm dma register

5. Machine

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