Linux ALSA 之六：ALSA ASoc 架构

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一、ASOC 由来

ASoC–ALSA System on Chip，是建立在标准 ALSA 驱动层上，为了更好地支持嵌入式处理器和移动设备中的音频 Codec 的一套软件体系，它依赖于标准 ALSA 驱动框架。内核文档 https://www.kernel.org/doc/html/v5.4/sound/soc/overview.html中详细介绍了 ASoc 的设计初衷，ASoc 正是为了解决下面种种问题而提出的：

• Codec 驱动与 SoC CPU 的底层耦合过于紧密，这种不理想会导致代码的重复。例如，仅是 wm8731 的驱动，当前 Linux 中有分别针对 4个平台的驱动代码。
• 音频事件没有标准的方法来通知用户，例如耳机、麦克风的插拔和检测，这些事件在移动设备中都是非常普通的，而且通常都需要特定于机器的代码进行重新对音频路径进行配置。
• 当进行播放或录音时，驱动会让整个 codec 处于上电状态，这对于 PC 没问题，但对于移动设备来说，这意味着浪费大量的电量。同时也不支持通过改变采样频率和偏置电流来达到省电的目的。

二、从 HW 角度

ASoC 硬件设备驱动的三大构成：Codec、Soc(Platform) 和板载硬件 Machine 三大部分。

• Machine：是指某一款机器，可以是某款设备，某款开发板，又或者是某款智能手机，由此可以看出 Machine 几乎是不可重用的，每个 Machine 上的硬件实现可能都不一样，CPU 不一样，Codec 不一样，音频的输入、输出设备也不一样。Machine 为 CPU、Codec、输入输出设备提供了一个载体，可以认为是 Platform 和 Codec 之间的粘合剂。
• Platform：一般是指某一个 SoC 平台，比如 MT8167，MT8173 等等，与音频相关的通常包含该 SoC 中的时钟、DMA、I2S、PCM 等。只要指定了 SoC，那么我们可以认为它会有一个对应的Platform，它只与 SoC 相关，与 Machine 无关，这样我们就可以把 Platform 抽象出来，使得同一款 SoC 不用做任何改动就可以用在不同的 Machine 中。实际上，把 Platform 认为是某个 SoC 更好理解。
• Codec：字面上的意思就是编解码器，Codec 里面包含了 I2S 接口、D/A、A/D、Mixer、PA(功放)，通常包含多种输入(Mic、Line-in、I2S、PCM) 和多个输出（耳机、喇叭、听筒，Line-out），Codec 和 Platform 一样，是可重用的部件，同一个 Codec 可以被不同的 Machine 使用。嵌入式 Codec 通常通过 I2C 对内部寄存器进行控制。

三、从 SW 角度

在软件层面，ASoC 也把嵌入式设备的音频系统同样分为 3 大部分，Machine，Platform 和 Codec.

• Machine Driver：负责处理机器特有 Machine control (如 AMP on/off)；单独的 Platform 和 Codec Driver 是不能工作的，它必须
  由 Machine Driver 把它们结合在一起才能完成整个设备的音频处理工作。
• Platform Driver：包含了该 SoC 平台的音频 DMA 和音频接口的配置和控制(I2S，PCM，AC97 等等)。它也不能包含任何与板子或机器相关的代码。
• Codec Driver：ASoC 中的一个重要设计原则就是要求 Codec 驱动是平台无关的。任何特定于平台和机器的代码都要移到 Platform 和 Machine 驱动中。所有的 Codec 驱动都要提供以下特性：
  ① Codec DAI 和 PCM 的配置信息；
  ② Codec 的 IO 控制方式（I2C，SPI 等等）；
  ③ Mixer 和其他的音频控件；
  ④ Codec 的 ALSA 音频操作接口；

四、重要数据结构关联图

在分析整个 ASoC 的过程中，出现了众多的数据结构，在此先理清重要的数据结构的关系，如下图：

1、基于 Linux 3.0 数据结构图

2、基于 Linux 4.0 数据结构图

基于 linux-4.0 之后对于 platform & codec driver 均使用 component driver 来定义，其数据结构关系如下图所示：

ASoc 将声卡实现为一个 Platform Device（Machine Driver），然后利用 platform_device 结构中的 dev 字段：dev_set_drvdata(card->dev，card)，即指向一个 snd_soc_card 结构。可以认为 snd_soc_card 是整个 ASoc 数据结构的根本，由它开始，引出一系列的数据结构用于表述音频的各个特性和功能。snd_soc_card 结构引出 snc_soc_dai_link 结构，而 snd_soc_dai_link 结构中又根据 cpu_dai_name、codec_dai_name、platform_name（platform_of_node）匹配到相应的 Platform（PCM DMA & CPUDAI）和 Codec DAI. 在 Machine 中会对 num_link 分配 snd_soc_pcm_runtime，将成功匹配的 snd_soc_dai & component 填充到 snd_soc_pcm_runtime，最后将所有的 snd_soc_pcm_runtime 都通过 list 形式 add 到 snd_soc_card->rtd_list 中。

参考链接：
linux-alsa详解4 ASOC介绍