六、Audio-ALSA架构中的codec
一、codec简介
处理器如果既想“听到”外界的声音，又想向外界传达自己的“心声”，那么就需要同时用到 DAC 和 ADC 这两款芯片。那是不是买两颗 DAC 和 ADC 芯片就行了呢？答案肯定是可以的，但是音频不单单是能出声、能听到就行。我们往往需要听到的声音动听、录进去的语音贴近真实、可以调节音效、对声音能够进行一些处理(需要 DSP 单元)、拥有统一的标准接口，方便开发等等。将这些针对声音的各种要求全部叠加到 DAC 和 ADC 芯片上，那么就会得到一个专门用于音频的芯片，也就是音频编解码芯片，英文名字就是 Audio CODEC，所以我们在手机或者电脑的介绍中看到“CODEC”这个词语，一般说的都是音频编解码。
音频 CODEC 的本质是 ADC 和 DAC
二、codec的作用
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DIA转换，把数字的音频信号转换为模拟信号–播放
- 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–录音
- 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系列相应的接口，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。
Linux内核版本：4.1.15
主芯片：IMX6ULL
codec芯片：WM8960
三、codec相关结构体简介
描述Codec的最主要的4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DAl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，在本文中codec的设备是使用设备树描述的，在这里就不多多说，主要是codec driver，这里我只贴出我要关注的字段。
3.1、snd_soc_codec_driver
代码路径：\include\sound\soc.h
只贴出我要关注的字段
/* codec driver */
struct snd_soc_codec_driver {
/* driver ops */
int (*probe)(struct snd_soc_codec *);
int (*remove)(struct snd_soc_codec *); /*电源管理*/
int (*suspend)(struct snd_soc_codec *); /*电源管理*/
/* Default control and setup, added after probe() is run */
const struct snd_kcontrol_new *controls; /*音频控件指针*/
const struct snd_soc_dapm_widget *dapm_widgets; /*dapm部件指针*/
const struct snd_soc_dapm_route *dapm_routes; /*dapm路由指针*/
/* codec wide operations */
int (*set_sysclk)(struct snd_soc_codec *codec,
int clk_id, int source, unsigned int freq, int dir); /*时钟配置函数*/
int (*set_pll)(struct snd_soc_codec *codec, int pll_id, int source,
unsigned int freq_in, unsigned int freq_out); /*锁相环配置函数*/
/* codec IO */
unsigned int (*read)(struct snd_soc_codec *, unsigned int); /*读取codec寄存器函数*/
int (*write)(struct snd_soc_codec *, unsigned int, unsigned int); /*写入codec寄存器函数*/
/* codec bias level */
int (*set_bias_level)(struct snd_soc_codec *,
enum snd_soc_bias_level level); /*偏置电压配置函数*/
bool ignore_pmdown_time; /* Doesn't benefit from pmdown delay */
};
3.2、snd_soc_dai_driver
代码路径：\include\sound\soc-dai.h
重要函数做了些注释。
struct snd_soc_dai_driver {
/* DAI description */
const char *name; /*dai驱动的名字*/
/* DAI driver callbacks */
int (*probe)(struct snd_soc_dai *dai); /*dai驱动的probe函数，由snd_soc_instantiate_card回调*/
int (*remove)(struct snd_soc_dai *dai);
int (*suspend)(struct snd_soc_dai *dai); /*电源管理*/
int (*resume)(struct snd_soc_dai *dai);
/* compress dai */
bool compress_dai;
/* DAI is also used for the control bus */
bool bus_control;
/* ops */
const struct snd_soc_dai_ops *ops; /*指向本dai的snd_soc_dai_ops结构*/
/* DAI capabilities */
struct snd_soc_pcm_stream capture; /*描述capture的能力*/
struct snd_soc_pcm_stream playback; /*描述playback的能力*/
/* probe ordering - for components with runtime dependencies */
int probe_order;
int remove_order;
};
3.3、struct snd_soc_dai_ops
snd_soc_dai_ops用于实现该dai的控制和配置参数：
代码路径：include\sound\soc-dai.h
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); /*设置dai的主时钟;*/
int (*set_pll)(struct snd_soc_dai *dai, int pll_id, int source,
unsigned int freq_in, unsigned int freq_out); /*设置PLL参数;*/
int (*set_clkdiv)(struct snd_soc_dai *dai, int div_id, int div); /*设置分频系数;*/
int (*set_bclk_ratio)(struct snd_soc_dai *dai, unsigned int ratio);
/*
* DAI format configuration
* Called by soc_card drivers, normally in their hw_params.
*/
int (*set_fmt)(struct snd_soc_dai *dai, unsigned int fmt); /*设置dai的格式;*/
int (*xlate_tdm_slot_mask)(unsigned int slots,
unsigned int *tx_mask, unsigned int *rx_mask);
int (*set_tdm_slot)(struct snd_soc_dai *dai,
unsigned int tx_mask, unsigned int rx_mask,
int slots, int slot_width); /*如果dai支持时分复用，用于设置时分复用的slot*/
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); /*声道的时分复用映射设置*/
int (*set_tristate)(struct snd_soc_dai *dai, int tristate);/*设置dai引脚的状态，当与其他dai并联使用同一引脚时需要使用该回调*/
/*
* DAI digital mute - optional.
* Called by soc-core to minimise any pops.
*/
int (*digital_mute)(struct snd_soc_dai *dai, int mute);
int (*mute_stream)(struct snd_soc_dai *dai, int mute, int stream);
/*
* ALSA PCM audio operations - all optional.
* Called by soc-core during audio PCM operations.
*/
int (*startup)(struct snd_pcm_substream *,
struct snd_soc_dai *); /*打开设备，设备开始工作的时候回调*/
void (*shutdown)(struct snd_pcm_substream *,
struct snd_soc_dai *); /*关闭设备前调用*/
int (*hw_params)(struct snd_pcm_substream *,
struct snd_pcm_hw_params *, struct snd_soc_dai *); /*设置硬件的相关参数*/
int (*hw_free)(struct snd_pcm_substream *,
struct snd_soc_dai *);
int (*prepare)(struct snd_pcm_substream *,
struct snd_soc_dai *);
/*
* NOTE: Commands passed to the trigger function are not necessarily
* compatible with the current state of the dai. For example this
* sequence of commands is possible: START STOP STOP.
* So do not unconditionally use refcounting functions in the trigger
* function, e.g. clk_enable/disable.
*/
int (*trigger)(struct snd_pcm_substream *, int,
struct snd_soc_dai *); /*结束传输，暂停传世，恢复传输的时候被回调*/
int (*bespoke_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 *);
};
四、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WM8960为例，对应的代码位置:/sound/soc/codecs/wm8960.c，模块的入口函数注册了一个i2c_driver :
static const struct of_device_id wm8960_of_match[] = {
{ .compatible = "wlf,wm8960", },
{ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, wm8960_of_match);
static struct i2c_driver wm8960_i2c_driver = {
.driver = {
.name = "wm8960",
.owner = THIS_MODULE,
.of_match_table = wm8960_of_match,
},
.probe = wm8960_i2c_probe,
.remove = wm8960_i2c_remove,
.id_table = wm8960_i2c_id,
};
这指定了其compatible 属性，与设备树中的compatible 属性就可以调用其probe函数；
设备树中codec实例如下：
之后就会进入probe函数的流程：
static int wm8960_i2c_probe(struct i2c_client *i2c,
const struct i2c_device_id *id)
{
ret = snd_soc_register_codec(&i2c->dev,
&soc_codec_dev_wm8960, &wm8960_dai, 1);
}
在这里会注册snd_soc_codec_driver与snd_soc_dai_driver，其实例也在同一个文件中：
snd_soc_codec_driver：
snd_soc_dai_driver：
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:
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)
{
struct snd_soc_codec *codec;
struct snd_soc_dai *dai;
int ret, i;
dev_dbg(dev, "codec register %s\n", dev_name(dev));
codec = kzalloc(sizeof(struct snd_soc_codec), GFP_KERNEL);
if (codec == NULL)
return -ENOMEM;
codec->component.dapm_ptr = &codec->dapm;
codec->component.codec = codec;
ret = snd_soc_component_initialize(&codec->component,
&codec_drv->component_driver, dev);
if (ret)
goto err_free;
if (codec_drv->controls) {
codec->component.controls = codec_drv->controls;
codec->component.num_controls = codec_drv->num_controls;
}
if (codec_drv->dapm_widgets) {
codec->component.dapm_widgets = codec_drv->dapm_widgets;
codec->component.num_dapm_widgets = codec_drv->num_dapm_widgets;
}
if (codec_drv->dapm_routes) {
codec->component.dapm_routes = codec_drv->dapm_routes;
codec->component.num_dapm_routes = codec_drv->num_dapm_routes;
}
if (codec_drv->probe)
codec->component.probe = snd_soc_codec_drv_probe;
if (codec_drv->remove)
codec->component.remove = snd_soc_codec_drv_remove;
if (codec_drv->write)
codec->component.write = snd_soc_codec_drv_write;
if (codec_drv->read)
codec->component.read = snd_soc_codec_drv_read;
codec->component.ignore_pmdown_time = codec_drv->ignore_pmdown_time;
codec->dapm.idle_bias_off = codec_drv->idle_bias_off;
codec->dapm.suspend_bias_off = codec_drv->suspend_bias_off;
if (codec_drv->seq_notifier)
codec->dapm.seq_notifier = codec_drv->seq_notifier;
if (codec_drv->set_bias_level)
codec->dapm.set_bias_level = snd_soc_codec_set_bias_level;
codec->dev = dev;
codec->driver = codec_drv;
codec->component.val_bytes = codec_drv->reg_word_size;
#ifdef CONFIG_DEBUG_FS
codec->component.init_debugfs = soc_init_codec_debugfs;
codec->component.debugfs_prefix = "codec";
#endif
if (codec_drv->get_regmap)
codec->component.regmap = codec_drv->get_regmap(dev);
for (i = 0; i < num_dai; i++) {
fixup_codec_formats(&dai_drv[i].playback);
fixup_codec_formats(&dai_drv[i].capture);
}
ret = snd_soc_register_dais(&codec->component, dai_drv, num_dai, false);
if (ret < 0) {
dev_err(dev, "ASoC: Failed to register DAIs: %d\n", ret);
goto err_cleanup;
}
list_for_each_entry(dai, &codec->component.dai_list, list)
dai->codec = codec;
mutex_lock(&client_mutex);
snd_soc_component_add_unlocked(&codec->component);
list_add(&codec->list, &codec_list);
mutex_unlock(&client_mutex);
dev_dbg(codec->dev, "ASoC: Registered codec '%s'\n",
codec->component.name);
return 0;
err_cleanup:
snd_soc_component_cleanup(&codec->component);
err_free:
kfree(codec);
return ret;
}
首先申请snd_soc_codec实例：
随后确定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!
此函数在snd_soc_component_initialize中调用的。
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。
随后通过snd_soc_register_dais函数对本Codec的dai进行注册:
把dai_driver添加到component->dai_list中去。
最后把codec驱动添加到codec_list中去，至此完成codec的注册。
五、codec的初始化
Machine驱动的初始化（请参考alsa-machine驱动部分），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WM8960，该回调就是wm8960_probe函数:
wm8960_probe实例如下：
