基于NXP iMX8处理器扩展外部 SGTL5000 音频接口
By Toradex胡珊逢
Apalis iMX8 计算机模块的数字音频接口 SAI（Synchronous Audio Interface）可以配置为 AC97、I2S格式，用于连接外部音频编解码器。文章接下来将介绍在 Linux BSP v6 上如何扩展第二路 SGTL5000。
iMX8 处理器具有多路 SAI 通道，SAI1 已经被模块片上的 SGTL5000 使用，SAI0 通道引出到模块金手指上，并且是兼容 Apalis 标准数字音频接口，该通道在基于其他 CPU 的 Apalis 模块也可以直接使用。因此，我们选择 SAI0 扩展外部 SGTL5000。
SGTL5000 面向 iMX8 处理器的接口主要是 I2S 和时钟信号。
Apalis iMX8 的 SAI0 通道可以直接连接 SGTL5000 的 I2S 接口。但是 MXM3_194 引脚上没有时钟信号。对于外部音频编解码器如果需要时钟输入，如 SGTL5000 的 SYS_MCLK，可以选择 MXM3_215 引脚，或者采用外部时钟源，如晶振。
SGTL5000 在 master mode 时可以向 Apalis iMX8 输出 I2S_LRCLK 和 I2S_SCLK 信号。 当SYS_MCLK = SupportedRates * Fs，I2S_LRCLK 可以和 SYS_MCLK 同步。如果无法满足，SGTL5000 则会使用内部的 PLL 产生符合音源的 I2S_LRCLK 频率。PLL 的使用会增加 额外的功耗。PLL 的时钟输入也来自 SYS_MCLK，可以支持 8.0 到 27MHz 频率。
外部 SGTL5000 原理图如下，其中使用一个12.28MHz 的外部有源晶振。
接下来修改 device tree 添加 SGTL5000 的相关配置。
imx8-apalis-v1.1.dtsi 的 I2C3 节点添加 SGTL5000 的 I2C 配置。
---------------------------------------
/* Apalis I2C3 (CAM) */
&i2c3 {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
clock-frequency = <100000>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_lpi2c3>;
status = "okay";
external_sgtl5000: audio-codec@a {
#sound-dai-cells = <0>;
compatible = "fsl,sgtl5000";
reg = <0xa>;
//micbias-resistor-k-ohms = <2>;
micbias-voltage-m-volts = <2250>;
VDDA-supply = <®_ex_auido_3v>;
VDDIO-supply = <®_ex_auido_3v>;
VDDD-supply = <®_ex_auido_1v8>;
clocks = <&ex_audio_clk>;
};
};
---------------------------------------
SGTL5000 使用外部的电源供电，所以也需要添加 VDDA-supply，VDDIO-supply 和 VDDD-supply。
---------------------------------------
reg_ex_auido_3v: regulator-ex-audio-3v {
compatible = "regulator-fixed";
regulator-name = "ex-audio-3V";
regulator-min-microvolt = <3300000>;
regulator-max-microvolt = <3300000>;
regulator-always-on;
};
reg_ex_auido_1v8: regulatorex-audio-1v8 {
compatible = "regulator-fixed";
regulator-name = "+V1.8";
regulator-min-microvolt = <1800000>;
regulator-max-microvolt = <1800000>;
};
---------------------------------------
以及外部时钟定义。
---------------------------------------
ex_audio_clk: sgtl5000_12M {
compatible = "fixed-clock";
#clock-cells = <0>;
clock-frequency = <12288000>;
};
---------------------------------------
在原有的 sound 节点后再增加一个 外部 SGTL5000 的 sound_external。
---------------------------------------
sound_external {
compatible = "simple-audio-card";
simple-audio-card,bitclock-master = <&dailink_master_external>;
simple-audio-card,format = "i2s";
simple-audio-card,frame-master = <&dailink_master_external>;
simple-audio-card,name = "external-sgtl5000";
simple-audio-card,cpu {
sound-dai = <&sai0>;
};
dailink_master_external: simple-audio-card,codec {
sound-dai = <&external_sgtl5000>;
system-clock-frequency = <12288000>;
};
};
---------------------------------------
配置 sai0 节点。
---------------------------------------
&sai0 {
assigned-clocks = <&clk IMX_SC_R_AUDIO_PLL_0 IMX_SC_PM_CLK_PLL>,
<&clk IMX_SC_R_AUDIO_PLL_0 IMX_SC_PM_CLK_SLV_BUS>,
<&clk IMX_SC_R_AUDIO_PLL_0 IMX_SC_PM_CLK_MST_BUS>,
<&sai0_lpcg 0>;
assigned-clock-rates = <786432000>, <49152000>, <12288000>, <49152000>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_sai0>;
#sound-dai-cells = <0>;
//fsl,txm-rxs;
};
---------------------------------------
最后在 imx8-apalis-ixora-v1.2.dtsi 里启用 SAI0。
---------------------------------------
&sai0 {
status = "okay";
};
---------------------------------------
参考这里重新编译和部署 device tree 。上面提到的 patch 文件下载。重新启动后检查外部 SGTL5000 挂载情况。在I2C-5 通道上已经发现地址为 0x0a 的设备。
---------------------------------------
root@apalis-imx8-06852111:/tmp# i2cdetect -y -r 5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: -- -- UU -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
---------------------------------------
相应的驱动也加载。
---------------------------------------
root@apalis-imx8-06852111:/tmp# dmesg|grep sgtl
[ 2.128045] sgtl5000 3-000a: sgtl5000 revision 0x11
[ 2.264861] sgtl5000 5-000a: sgtl5000 revision 0x11
---------------------------------------
检查声卡设备，发现 sysdefault:CARD=externalsgtl500。
---------------------------------------
root@apalis-imx8-06852111:/tmp# aplay -L
null
Discard all samples (playback) or generate zero samples (capture)
sysdefault:CARD=externalsgtl500
external-sgtl5000, 59040000.sai-sgtl5000 sgtl5000-0
Default Audio Device
sysdefault:CARD=apalisimx8qmsgt
apalis-imx8qm-sgtl5000, 59050000.sai-sgtl5000 sgtl5000-0
Default Audio Device
sysdefault:CARD=imxspdif
imx-spdif, S/PDIF PCM snd-soc-dummy-dai-0
Default Audio Device
---------------------------------------
使用 BSP 默认的音频文件播放。
---------------------------------------
root@apalis-imx8-06852111:/tmp# aplay -D sysdefault:CARD=externalsgtl500 ~/sound/Gong.wav
---------------------------------------
如果音量小的话，使用 alsamixer 调整。按F6 选择外部 SGTL5000。
Gong.wav 是一个采样率44.1KHz，16bit双声道文件，比特率=16*2*44.1K=1.4MHz。如下面示波器测量显示，CH1 是LRCLK，CH2 是 SCLK。
SGTL5000 在播放时会根据音源文件调整工作参数，例如时钟，PLL 工作状态。可以通过 cat /sys/kernel/debug/regmap/5-000a/registers 命令查看寄存器配置。由于 SGTL5000 的已经被其驱动占用，所以无法使用 i2cget 读取寄存器。
例如寄存器 CHIP_CLK_CTRL 0x0004 的值为 0007。bit3:2=0x01，表示采样频率为 44.1KHz。Bit 1:0 = 0x3，表示使用 PLL 。这是由于 44.1KHz 信号无法通过 12.28MHz 的 256、384或 512 倍分频得到，所以只能使用 PLL 产生。
外部 SGTL5000 的录音功能可以使用下面命令。
---------------------------------------
root@apalis-imx8-06852111:/tmp# arecord -D hw:0,0 -V mono -c 2 -f S16_LE -r 44100 -t wav mic.wav
---------------------------------------
其中 hw:0,0 可以 aplay -l 命令查看对应声卡的 card, subdevice 序号。
---------------------------------------
root@apalis-imx8-06852111:/tmp# aplay -l
**** List of PLAYBACK Hardware Devices ****
card 0: externalsgtl500 [external-sgtl5000], device 0: 59040000.sai-sgtl5000 sgtl5000-0 [59040000.sai-sgtl5000 sgtl5000-0]
Subdevices: 1/1
Subdevice #0: subdevice #0
---------------------------------------
总结
Apalis iMX8 的数字音频接口可以非常方便地扩展音频编解码器，具体的引脚分配、device tree 配置等需要结合所使用的音频编解码器，有些可能会十分简单，如 MAX98357A，其甚至不需要 I2C 和 SYS_MCLK 就可以直接工作。Apalis iMX8 所使用的 Linux kernel 源码中有非常多的示例可供用户参考。