Linux音频设备驱动-4【转】

 

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17.5实例1：S3C2410+UDA1341 OSS驱动
17.5.1 S3C2410与UDA1341接口硬件描述
如图17.7，S3C2410处理器内置了IIS总线接口，S3C2410的IIS总线时钟信号SCK与Philip公司的UDA1341的BCK连接，字段选择连接于WS引脚。UDA1341提供两个音频通道，分别用于输入和输出，对应的引脚连接：IIS总线的音频输出IISSDO对应于UDA1341的音频输入；IIS总线的音频输入IISSDI对应于UDA1341的音频输出。UDA1341的L3接口相当于一个混音器控制接口，可以用来控制输入/输出音频信号的音量大小、低音等。L3接口的引脚L3MODE、L3DATA、L3CLOCK分别连接到S3C2410的3个GPIO来控制。

   
图17.7 S3C2410与UDA1341 IIS接口连接
Philips 公司的UDA1341支持IIS总线数据格式，采用位元流转换技术进行信号处理，完成声音信号的模数转换，具有可编程增益放大器和数字自动增益控制器，其低功耗、低电压的特点使其非常适合用于MD/CD、笔记本电脑等便携式设备。UDA1341对外提供2组音频信号输入接口，每组包括左右2个声道。

图17.8 UDA1341 内部结构
如图17.8所示，2组音频输入在UDA1341内部的处理存在很大差别：第一组音频信号输入后经过1个0 dB/6 dB开关后采样送入数字混音器：第二组音频信号输入后先经过可编程增益放大器（PGA），然后再进行采样，采样后的数据要再经过数字自动增益控制器（AGC）送入数字混音器。设计硬件电路时选用第二组输入音频信号，这样可以通过软件的方法实现对系统输入音量大小的调节。显然选用第二组可以通过L3总线接口控制AGC来实现。另外，选择通道2还可以通过PGA对从MIC输入的信号进行片内放大。
S3C2410与UDA1341之间的IIS接口有3种工作方式：
• 正常传输模式。该模式下使用IISCON寄存器对FIFO进行控制，CPU通过轮询方式访问FIFO寄存器，以完成对FIFO缓存传输或接收的处理。
• DMA模式。通过设置IISFCON寄存器使IIS接口工作于这种模式。在该模式下，FIFO寄存器组的控制权掌握在DMA控制器上，当FIFO满时，由DMA控制器对FIFO中的数据进行处理。DMA模式的选择由IISCON寄存器的第4和第5位控制。
• 传输/接收模式。该模式下，IIS数据线将通过双通道DMA同时接收和发送音频数据。在OSS驱动中，将使用此模式。
17.5.2注册dsp和mixer接口
如代码清单17.28，在UDA1341 OSS驱动的模块加载函数中，将完成如下工作：
• 初始化IIS接口硬件，设置L3总线对应的GPIO。
• 申请用于音频数据传输的DMA通道。
• 初始化UDA1341到恰当的工作模式。
• 注册dsp和mixer接口。
代码清单17.28 UDA1341 OSS驱动模块加载函数
1 //音频(dsp)文件操作
2 static struct file_operations smdk2410_audio_fops =
3 {
4    llseek: smdk2410_audio_llseek,
5    write: smdk2410_audio_write,
6    read: smdk2410_audio_read,
7    poll: smdk2410_audio_poll,
8    ioctl: smdk2410_audio_ioctl,
9    open: smdk2410_audio_open,
10   release: smdk2410_audio_release
11 };
12 //混音器文件操作
13 static struct file_operations smdk2410_mixer_fops =
14 {
15   ioctl: smdk2410_mixer_ioctl,
16   open: smdk2410_mixer_open,
17   release: smdk2410_mixer_release
18 };
19
20 int __init s3c2410_uda1341_init(void)                                       
21 {                                                                           
22   unsigned long flags;                                                      
23                                                                             
24   local_irq_save(flags);                                                    
25                                                                             
26   /* 设置IIS接口引脚GPIO */                                                 
27                                                                             
28   set_gpio_ctrl(GPIO_L3CLOCK); // GPB 4: L3CLOCK, 输出                      
29   set_gpio_ctrl(GPIO_L3DATA); // GPB 3: L3DATA, 输出                       
30   set_gpio_ctrl(GPIO_L3MODE); // GPB 2: L3MODE, 输出                       
31                                                                             
32                                                                             
33   set_gpio_ctrl(GPIO_E3 | GPIO_PULLUP_EN | GPIO_MODE_IISSDI); //GPE 3: IISSDI
34   set_gpio_ctrl(GPIO_E0 | GPIO_PULLUP_EN | GPIO_MODE_IISSDI); //GPE 0: IISLRCK
35   set_gpio_ctrl(GPIO_E1 | GPIO_PULLUP_EN | GPIO_MODE_IISSCLK); //GPE 1:IISSCLK
36   set_gpio_ctrl(GPIO_E2 | GPIO_PULLUP_EN | GPIO_MODE_CDCLK); //GPE 2: CDCLK
37   set_gpio_ctrl(GPIO_E4 | GPIO_PULLUP_EN | GPIO_MODE_IISSDO); //GPE 4: IISSDO
38                                                                             
39   local_irq_restore(flags);                                                 
40                                                                             
41   init_uda1341();                                                           
42                                                                             
43   /* 输出流采样DMA通道2 */                                                  
44   output_stream.dma_ch = DMA_CH2;                                           
45                                                                             
46   if (audio_init_dma(&output_stream, "UDA1341 out"))                        
47   {                                                                         
48     audio_clear_dma(&output_stream);                                        
49     printk(KERN_WARNING AUDIO_NAME_VERBOSE ": unable to get DMA channels/n");
50     return - EBUSY;                                                        
51   }                                                                         
52   /* 输入流采样DMA通道1 */                                                  
53   input_stream.dma_ch = DMA_CH1;                                            
54                                                                             
55   if (audio_init_dma(&input_stream, "UDA1341 in"))                          
56   {                                                                         
57     audio_clear_dma(&input_stream);                                         
58     printk(KERN_WARNING AUDIO_NAME_VERBOSE ": unable to get DMA channels/n");
59     return - EBUSY;                                                        
60   }                                                                         
61                                                                             
62   /* 注册dsp和mixer设备接口 */                                              
63   audio_dev_dsp = register_sound_dsp(&smdk2410_audio_fops, - 1);           
64   audio_dev_mixer = register_sound_mixer(&smdk2410_mixer_fops, - 1);       
65                                                                             
66   printk(AUDIO_NAME_VERBOSE " initialized/n");                              
67                                                                             
68   return 0;                                                                 
69 }   
UDA1341 OSS驱动的模块卸载函数中，将完成与模块加载函数相反的工作，如代码清单17.29。
代码清单17.29 UDA1341 OSS驱动模块卸载函数
1 void __exit s3c2410_uda1341_exit(void)
2 {
3   //注销dsp和mixer设备接口
4   unregister_sound_dsp(audio_dev_dsp);
5   unregister_sound_mixer(audio_dev_mixer);
6  
7   //注销DMA通道
8   audio_clear_dma(&output_stream);
9   audio_clear_dma(&input_stream); /* input */
10 printk(AUDIO_NAME_VERBOSE " unloaded/n");
11 }
17.5.3 mixer接口IO控制函数
UDA1341 OSS驱动的ioctl()函数处理多个mixer命令，如SOUND_MIXER_INFO、 SOUND_MIXER_READ_STEREODEVS、SOUND_MIXER_WRITE_VOLUME等，用于获得或设置音量和增益等信息，如代码清单17.30所示。
代码清单17.30 UDA1341 OSS驱动ioctl()函数
1 static int smdk2410_mixer_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,
2    unsigned int cmd, unsigned long arg)
3 {
4    int ret;
5    long val = 0;
6
7    switch (cmd)
8    {
9      case SOUND_MIXER_INFO:   //获得mixer信息
10       {
11         mixer_info info;
12         strncpy(info.id, "UDA1341", sizeof(info.id));
13         strncpy(info.name, "Philips UDA1341", sizeof(info.name));
14         info.modify_counter = audio_mix_modcnt;
15         return copy_to_user((void*)arg, &info, sizeof(info));
16       }
17
18     case SOUND_OLD_MIXER_INFO:
19       {
20         _old_mixer_info info;
21         strncpy(info.id, "UDA1341", sizeof(info.id));
22         strncpy(info.name, "Philips UDA1341", sizeof(info.name));
23         return copy_to_user((void*)arg, &info, sizeof(info));
24       }
25
26     case SOUND_MIXER_READ_STEREODEVS://获取设备对立体声的支持
27       return put_user(0, (long*)arg);
28
29     case SOUND_MIXER_READ_CAPS: //获取声卡能力
30       val = SOUND_CAP_EXCL_INPUT;
31       return put_user(val, (long*)arg);
32
33     case SOUND_MIXER_WRITE_VOLUME:   //设置音量
34       ret = get_user(val, (long*)arg);
35       if (ret)
36         return ret;
37       uda1341_volume = 63-(((val &0xff) + 1) *63) / 100;
38       uda1341_l3_address(UDA1341_REG_DATA0);
39       uda1341_l3_data(uda1341_volume);
40       break;
41
42     case SOUND_MIXER_READ_VOLUME:   //获取音量
43       val = ((63-uda1341_volume) *100) / 63;
44       val |= val << 8;
45       return put_user(val, (long*)arg);
46
47     case SOUND_MIXER_READ_IGAIN:   //获得增益
48       val = ((31-mixer_igain) *100) / 31;
49       return put_user(val, (int*)arg);
50
51     case SOUND_MIXER_WRITE_IGAIN: //设置增益
52       ret = get_user(val, (int*)arg);
53       if (ret)
54         return ret;
55       mixer_igain = 31-(val *31 / 100);
56       /* 使用mixer增益通道1 */
57       uda1341_l3_address(UDA1341_REG_DATA0);
58       uda1341_l3_data(EXTADDR(EXT0));
59       uda1341_l3_data(EXTDATA(EXT0_CH1_GAIN(mixer_igain)));
60       break;
61
62     default:
63       DPRINTK("mixer ioctl %u unknown/n", cmd);
64       return - ENOSYS;
65   }
66
67   audio_mix_modcnt++;
68   return 0;
69 }    
17.5.4 dsp接口音频数据传输
OSS声卡驱动中，dsp接口的读写函数是核心中的核心，直接对应着录音和放音的流程。
OSS 的读函数存在一个与普通字符设备驱动读函数不同的地方，那就是一般而言，对于普通字符设备驱动，如果用户要求读count个字节，而实际上只有 count1字节可获得（count1< count）时，它会将这count1字节拷贝给用户后即返回count1；而dsp接口的读函数会分次拷贝，如果第1次不能满足，它会等待第2次，直到 “count1 + count2 + ... = count”为止再返回count。这种设计是合理的，因为OSS驱动应该负责音频数据的流量控制。代码清单17.31给出了UDA1341 OSS驱动的读函数实现。
代码清单17.31 UDA1341 OSS驱动的读函数
1 static ssize_t smdk2410_audio_read(struct file *file, char *buffer, size_t
2    count, loff_t *ppos)
3 {
4    const char *buffer0 = buffer;
5    audio_stream_t *s = &input_stream; //得到数据区的指针
6    int chunksize, ret = 0;
7
8    DPRINTK("audio_read: count=%d/n", count);
9
10   if (ppos != &file->f_pos)
11     return - ESPIPE;
12
13   if (!s->buffers)
14   {
15     int i;
16
17     if (audio_setup_buf(s))
18       return - ENOMEM;
19     //依次从缓存区读取数据
20     for (i = 0; i < s->nbfrags; i++)
21     {
22       audio_buf_t *b = s->buf;
23       down(&b->sem);
24       s3c2410_dma_queue_buffer(s->dma_ch, (void*)b, b->dma_addr, s->fragsize,
25         DMA_BUF_RD);
26       NEXT_BUF(s, buf);
27     }
28   }
29
30   //满足用户的所有读需求
31   while (count > 0)
32   {
33     audio_buf_t *b = s->buf;
34
35     if (file->f_flags &O_NONBLOCK) //非阻塞
36     {
37       ret = - EAGAIN;
38       if (down_trylock(&b->sem))
39         break;
40     }
41     else
42     {
43       ret = - ERESTARTSYS;
44       if (down_interruptible(&b->sem))
45         break;
46     }
47
48     chunksize = b->size;
49     //从缓存区读取数据
50     if (chunksize > count)
51       chunksize = count;
52     DPRINTK("read %d from %d/n", chunksize, s->buf_idx);
53     if (copy_to_user(buffer, b->start + s->fragsize - b->size, //调用拷贝函数
54     chunksize))
55     {
56       up(&b->sem);
57       return - EFAULT;
58     }
59     b->size -= chunksize;
60
61     buffer += chunksize;
62     count -= chunksize; //已经给用户拷贝了一部分，count减少
63     if (b->size > 0)
64     {
65       up(&b->sem);
66       break;
67     }
68     //将缓存区释放
69     s3c2410_dma_queue_buffer(s->dma_ch, (void*)b, b->dma_addr, s->fragsize,
70       DMA_BUF_RD);
71
72     NEXT_BUF(s, buf);
73   }
74
75   if ((buffer - buffer0))
76     ret = buffer - buffer0;
77
78   return ret;
79 }     
OSS驱动dsp接口的写函数与读函数类似，一般来说，它也应该满足用户的所有写需求后再返回，如代码清单17.32。
代码清单17.32 UDA1341 OSS驱动的写函数
1 static ssize_t smdk2410_audio_write(struct file *file, const char *buffer,
2    size_t count, loff_t *ppos)
3 {
4    const char *buffer0 = buffer;
5    audio_stream_t *s = &output_stream;
6    int chunksize, ret = 0;
7
8    DPRINTK("audio_write : start count=%d/n", count);
9
10   switch (file->f_flags &O_ACCMODE)
11   {
12     case O_WRONLY: //只写
13     case O_RDWR: //读写
14       break;
15     default: //只读不合法
16       return - EPERM;
17   }
18   //设置DMA缓冲区
19   if (!s->buffers && audio_setup_buf(s))
20     return - ENOMEM;
21
22   count &= ~0x03;
23
24   while (count > 0) //直到满足用户的所有写需求
25   {
26     audio_buf_t *b = s->buf;
27     //非阻塞访问
28     if (file->f_flags &O_NONBLOCK)
29     {
30       ret = - EAGAIN;
31       if (down_trylock(&b->sem))
32         break;
33     }
34     else
35     {
36       ret = - ERESTARTSYS;
37       if (down_interruptible(&b->sem))
38         break;
39     }
40     //从用户空间拷贝音频数据
41     if (audio_channels == 2)
42     {
43       chunksize = s->fragsize - b->size;
44       if (chunksize > count)
45         chunksize = count;
46       DPRINTK("write %d to %d/n", chunksize, s->buf_idx);
47       if (copy_from_user(b->start + b->size, buffer, chunksize))
48       {
49         up(&b->sem);
50         return - EFAULT;
51       }
52       b->size += chunksize;
53     }
54     else
55     {
56       chunksize = (s->fragsize - b->size) >> 1;
57
58       if (chunksize > count)
59         chunksize = count;
60       DPRINTK("write %d to %d/n", chunksize *2, s->buf_idx);
61       if (copy_from_user_mono_stereo(b->start + b->size, buffer, chunksize))
62       {
63         up(&b->sem);
64         return - EFAULT;
65       }
66
67       b->size += chunksize * 2;
68     }
69
70     buffer += chunksize;
71     count -= chunksize; //已经从用户拷贝了一部分，count减少
72     if (b->size < s->fragsize)
73     {
74       up(&b->sem);
75       break;
76     }
77     //发起DMA操作
78     s3c2410_dma_queue_buffer(s->dma_ch, (void*)b, b->dma_addr, b->size,
79       DMA_BUF_WR);
80     b->size = 0;
81     NEXT_BUF(s, buf);
82   }
83
84   if ((buffer - buffer0))
85     ret = buffer - buffer0;
86
87   DPRINTK("audio_write : end count=%d/n/n", ret);
88
89   return ret;
90 }