ALSA声卡驱动中的DAPM详解之四：在驱动程序中初始化并注册widget和route

前几篇文章我们从dapm的数据结构入手，了解了代表音频控件的widget，代表连接路径的route以及用于连接两个widget的path。之前都是一些概念的讲解以及对数据结构中各个字段的说明，从本章开始，我们要从代码入手，分析dapm的详细工作原理：

• 如何注册widget
• 如何连接两个widget
• 一个widget的状态裱画如何传递到整个音频路径中

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dapm context

在讨论widget的注册之前，我们先了解另一个概念：dapm context，直译过来的意思是dapm上下文，这个好像不好理解，其实我们可以这么理解：dapm把整个音频系统，按照功能和偏置电压级别，划分为若干个电源域，每个域包含各自的widget，每个域中的所有widget通常都处于同一个偏置电压级别上，而一个电源域就是一个dapm context，通常会有以下几种dapm context：

• 属于codec中的widget位于一个dapm context中
• 属于platform的widget位于一个dapm context中
• 属于整个声卡的widget位于一个dapm context中

对于音频系统的硬件来说，通常要提供合适的偏置电压才能正常地工作，有了dapm context这种组织方式，我们可以方便地对同一组widget进行统一的偏置电压管理，ASoc用snd_soc_dapm_context结构来表示一个dapm context：

 struct snd_soc_dapm_context {
         enum snd_soc_bias_level bias_level;
         enum snd_soc_bias_level suspend_bias_level;
         struct delayed_work delayed_work;
         unsigned int idle_bias_off:1; /* Use BIAS_OFF instead of STANDBY */

         struct snd_soc_dapm_update *update;

         void (*seq_notifier)(struct snd_soc_dapm_context *,
                              enum snd_soc_dapm_type, int);

         struct device *dev; /* from parent - for debug */
         struct snd_soc_codec *codec; /* parent codec */
         struct snd_soc_platform *platform; /* parent platform */
         struct snd_soc_card *card; /* parent card */

         /* used during DAPM updates */
         enum snd_soc_bias_level target_bias_level;
         struct list_head list;

         int (*stream_event)(struct snd_soc_dapm_context *dapm, int event);

 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
         struct dentry *debugfs_dapm;
 #endif
 };

snd_soc_bias_level的取值范围是以下几种：

• SND_SOC_BIAS_OFF
  
• SND_SOC_BIAS_STANDBY
  
• SND_SOC_BIAS_PREPARE
  
• SND_SOC_BIAS_ON

snd_soc_dapm_context被内嵌到代表codec、platform、card、dai的结构体中：

 struct snd_soc_codec {
         ......
         /* dapm */
         struct snd_soc_dapm_context dapm;
         ......
 };

 struct snd_soc_platform {
         ......
         /* dapm */
         struct snd_soc_dapm_context dapm;
         ......
 };

 struct snd_soc_card {
         ......
         /* dapm */
         struct snd_soc_dapm_context dapm;
         ......
 };
 :
 struct snd_soc_dai {
         ......
         /* dapm */
         struct snd_soc_dapm_widget *playback_widget;
         struct snd_soc_dapm_widget *capture_widget;
         struct snd_soc_dapm_context dapm;
         ......
 };

代表widget结构snd_soc_dapm_widget中，有一个snd_soc_dapm_context结构指针，指向所属的codec、platform、card、或dai的dapm结构。同时，所有的dapm结构，通过它的list字段，链接到代表声卡的snd_soc_card结构的dapm_list链表头字段。

创建和注册widget

我们已经知道，一个widget用snd_soc_dapm_widget结构体来描述，通常，我们会根据音频硬件的组成，分别在声卡的codec驱动、platform驱动和machine驱动中定义一组widget，这些widget用数组进行组织，我们一般会使用dapm框架提供的大量的辅助宏来定义这些widget数组，辅助宏的说明请参考前一偏文章：ALSA声卡驱动中的DAPM详解之三：如何定义各种widget。

codec驱动中注册    我们知道，我们会通过ASoc提供的api函数snd_soc_register_codec来注册一个codec驱动，该函数的第二个参数是一个snd_soc_codec_driver结构指针，这个snd_soc_codec_driver结构需要我们在codec驱动中显式地进行定义，其中有几个与dapm框架有关的字段：

 struct snd_soc_codec_driver {
         ......
         /* Default control and setup, added after probe() is run */
         const struct snd_kcontrol_new *controls;
         int num_controls;
         const struct snd_soc_dapm_widget *dapm_widgets;
         int num_dapm_widgets;
         const struct snd_soc_dapm_route *dapm_routes;
         int num_dapm_routes;
         ......
 }

我们只要把我们定义好的snd_soc_dapm_widget结构数组的地址和widget的数量赋值到dapm_widgets和num_dapm_widgets字段即可，这样，经过snd_soc_register_codec注册codec后，在machine驱动匹配上该codec时，系统会判断这两个字段是否被赋值，如果有，它会调佣dapm框架提供的api来创建和注册widget，注意这里我说还要创建这个词，你可能比较奇怪，既然代表widget的snd_soc_dapm_widget结构数组已经在codec驱动中定义好了，为什么还要在创建？事实上，我们在codec驱动中定义的widget数组只是作为一个模板，dapm框架会根据该模板重新申请内存并初始化各个widget。我们看看实际的例子可能是这样的：

 static const struct snd_soc_dapm_widget wm8993_dapm_widgets[] = {
         ......
         SND_SOC_DAPM_SUPPLY("VMID", SND_SOC_NOPM, 0, 0, NULL, 0),
         SND_SOC_DAPM_AIF_IN("AIFINL", "Playback", 0, SND_SOC_NOPM, 0, 0),
         SND_SOC_DAPM_AIF_IN("AIFINR", "Playback", 1, SND_SOC_NOPM, 0, 0),
         ......
 };

 static struct snd_soc_codec_driver soc_codec_dev_wm8993 = {
         .probe =        codec_xxx_probe,
         ......
         .dapm_widgets =       &wm8993_dapm_widgets[0],
         .num_dapm_widgets =      ARRAY_SIZE(wm8993_dapm_widgets),
         ......
 };

 static int codec_wm8993_i2c_probe(struct i2c_client *i2c,
                             const struct i2c_device_id *id)
 {
         ......
         ret = snd_soc_register_codec(&i2c->dev,
                         &soc_codec_dev_wm8993, &wm8993_dai, 1);
         ......
 }

上面这种注册方法有个缺点，有时候我们为了代码的清晰，可能会根据功能把不同的widget定义成多个数组，但是snd_soc_codec_driver中只有一个dapm_widgets字段，无法设定多个widget数组，这时候，我们需要主动在codec的probe回调中调用dapm框架提供的api来创建这些widget：

 static int wm8993_probe(struct snd_soc_codec *codec)
 {
         ......
         snd_soc_dapm_new_controls(dapm, wm8993_dapm_widgets,
                                   ARRAY_SIZE(wm8993_dapm_widgets));
         ......
 }

实际上，对于第一种方法，snd_soc_register_codec内部其实也是调用snd_soc_dapm_new_controls来完成的。后面会有关于这个函数的详细分析。

platform驱动中注册    和codec驱动一样，我们会通过ASoc提供的api函数snd_soc_register_platform来注册一个platform驱动，该函数的第二个参数是一个snd_soc_platform_driver结构指针，snd_soc_platform_driver结构中同样也包含了与dapm相关的字段：

 struct snd_soc_platform_driver {
         ......
         /* Default control and setup, added after probe() is run */
         const struct snd_kcontrol_new *controls;
         int num_controls;
         const struct snd_soc_dapm_widget *dapm_widgets;
         int num_dapm_widgets;
         const struct snd_soc_dapm_route *dapm_routes;
         int num_dapm_routes;
         ......
 }

要注册platform级别的widget，和codec驱动一样，只要把定义好的widget数组赋值给dapm_widgets和num_dapm_widgets字段即可，snd_soc_register_platform函数注册paltform后，当machine驱动匹配上该platform时，系统会自动完成创建和注册的工作。同理，我们也可以在platform驱动的probe回调函数中主动使用snd_soc_dapm_new_controls来完成widget的创建工作。具体的代码和codec驱动是类似的，这里就不贴了。

machine驱动中注册    有些widget可能不是位于codec中，例如一个独立的耳机放大器，或者是喇叭功放等，这种widget通常需要在machine驱动中注册，通常他们的dapm context也从属于声卡（snd_soc_card）域。做法依然和codec驱动类似，通过代表声卡的snd_soc_card结构中的几个dapm字段完成：

 struct snd_soc_card {
         ......
         /*
          * Card-specific routes and widgets.
          */
         const struct snd_soc_dapm_widget *dapm_widgets;
         int num_dapm_widgets;
         const struct snd_soc_dapm_route *dapm_routes;
         int num_dapm_routes;
         bool fully_routed;
         ......
 }

只要把定义好的widget数组和数量赋值给dapm_widgets指针和num_dapm_widgets即可，注册声卡使用的api：snd_soc_register_card()，也会通过snd_soc_dapm_new_controls来完成widget的创建工作。

注册音频路径

系统中注册的各种widget需要互相连接在一起才能协调工作，连接关系通过snd_soc_dapm_route结构来定义，关于如何用snd_soc_dapm_route结构来定义路径信息，请参考： ALSA声卡驱动中的DAPM详解之三：如何定义各种widget中的"建立widget和route"一节的内容。通常，所有的路径信息会用一个snd_soc_dapm_route结构数组来定义。和widget一样，路径信息也分别存在与codec驱动，machine驱动和platform驱动中，我们一样有两种方式来注册音频路径信息：

• 通过snd_soc_codec_driver/snd_soc_platform_driver/snd_soc_card结构中的dapm_routes和num_dapm_routes字段；
• 在codec、platform的的probe回调中主动注册音频路径，machine驱动中则通过snd_soc_dai_link结构的init回调函数来注册音频路径；

两种方法最终都是通过调用snd_soc_dapm_add_routes函数来完成音频路径的注册工作的。以下的代码片段是omap的pandora板子的machine驱动，使用第二种方法注册路径信息：

 static const struct snd_soc_dapm_widget omap3pandora_in_dapm_widgets[] = {
         SND_SOC_DAPM_MIC("Mic (internal)", NULL),
         SND_SOC_DAPM_MIC("Mic (external)", NULL),
         SND_SOC_DAPM_LINE("Line In", NULL),
 };

 static const struct snd_soc_dapm_route omap3pandora_out_map[] = {
         {"PCM DAC", NULL, "APLL Enable"},
         {"Headphone Amplifier", NULL, "PCM DAC"},
         {"Line Out", NULL, "PCM DAC"},
         {"Headphone Jack", NULL, "Headphone Amplifier"},
 };

 static const struct snd_soc_dapm_route omap3pandora_in_map[] = {
         {"AUXL", NULL, "Line In"},
         {"AUXR", NULL, "Line In"},

         {"MAINMIC", NULL, "Mic (internal)"},
         {"Mic (internal)", NULL, "Mic Bias 1"},

         {"SUBMIC", NULL, "Mic (external)"},
         {"Mic (external)", NULL, "Mic Bias 2"},
 };
 static int omap3pandora_out_init(struct snd_soc_pcm_runtime *rtd)
 {
         struct snd_soc_codec *codec = rtd->codec;
         struct snd_soc_dapm_context *dapm = &codec->dapm;
         int ret;

         /* All TWL4030 output pins are floating */
         snd_soc_dapm_nc_pin(dapm, "EARPIECE");
         ......
         //注册kcontrol控件
         ret = snd_soc_dapm_new_controls(dapm, omap3pandora_out_dapm_widgets,
                                 ARRAY_SIZE(omap3pandora_out_dapm_widgets));
         if (ret < 0)
                 return ret;
         //注册machine的音频路径
         return snd_soc_dapm_add_routes(dapm, omap3pandora_out_map,
                 ARRAY_SIZE(omap3pandora_out_map));
 }

 static int omap3pandora_in_init(struct snd_soc_pcm_runtime *rtd)
 {
         struct snd_soc_codec *codec = rtd->codec;
         struct snd_soc_dapm_context *dapm = &codec->dapm;
         int ret;

         /* Not comnnected */
         snd_soc_dapm_nc_pin(dapm, "HSMIC");
         ......
         //注册kcontrol控件
         ret = snd_soc_dapm_new_controls(dapm, omap3pandora_in_dapm_widgets,
                                 ARRAY_SIZE(omap3pandora_in_dapm_widgets));
         if (ret < 0)
                 return ret;
         //注册machine音频路径
         return snd_soc_dapm_add_routes(dapm, omap3pandora_in_map,
                 ARRAY_SIZE(omap3pandora_in_map));
 }

 /* Digital audio interface glue - connects codec <--> CPU */
 static struct snd_soc_dai_link omap3pandora_dai[] = {
         {
                 .name = "PCM1773",
                 ......
                 .init = omap3pandora_out_init,
         }, {
                 .name = "TWL4030",
                 .stream_name = "Line/Mic In",
                 ......
                 .init = omap3pandora_in_init,
         }
 };

dai widget

上面几节的内容介绍了codec、platform以及machine级别的widget和route的注册方法，在dapm框架中，还有另外一种widget，它代表了一个dai（数字音频接口），关于dai的描述，请参考：Linux ALSA声卡驱动之七：ASoC架构中的Codec。dai按所在的位置，又分为cpu dai和codec dai，在硬件上，通常一个cpu dai会连接一个codec dai，而在machine驱动中，我们要在snd_soc_card结构中指定一个叫做snd_soc_dai_link的结构，该结构定义了声卡使用哪一个cpu dai和codec dai进行连接。在Asoc中，一个dai用snd_soc_dai结构来表述，其中有几个字段和dapm框架有关：

 struct snd_soc_dai {
         ......
         struct snd_soc_dapm_widget *playback_widget;
         struct snd_soc_dapm_widget *capture_widget;
         struct snd_soc_dapm_context dapm;
         ......
 }

dai由codec驱动和平台代码中的iis或pcm接口驱动注册，machine驱动负责找到 snd_soc_dai_link中指定的一对cpu/codec dai，并把它们进行绑定。不管是cpu dai还是codec dai，通常会同时传输播放和录音的音频流的能力，所以我们可以看到，snd_soc_dai中有两个widget指针，分别代表播放流和录音流。这两个dai widget是何时创建的呢？下面我们逐一进行分析。

codec dai widget    

首先，codec驱动在注册codec时，会传入该codec所支持的dai个数和记录dai信息的snd_soc_dai_driver结构指针：

 static struct snd_soc_dai_driver wm8993_dai = {
         .name = "wm8993-hifi",
         .playback = {
                 .stream_name = "Playback",
                 .channels_min = 1,
                 .channels_max = 2,
                 .rates = WM8993_RATES,
                 .formats = WM8993_FORMATS,
                 .sig_bits = 24,
         },
         .capture = {
                  .stream_name = "Capture",
                  .channels_min = 1,
                  .channels_max = 2,
                  .rates = WM8993_RATES,
                  .formats = WM8993_FORMATS,
                  .sig_bits = 24,
          },
         .ops = &wm8993_ops,
         .symmetric_rates = 1,
 };

 static int wm8993_i2c_probe(struct i2c_client *i2c,
                             const struct i2c_device_id *id)
 {
         ......
         ret = snd_soc_register_codec(&i2c->dev,
                         &soc_codec_dev_wm8993, &wm8993_dai, 1);
         ......
 }

这回使得ASoc把codec的dai注册到系统中，并把这些dai都挂在全局链表变量dai_list中，然后，在codec被machine驱动匹配后，soc_probe_codec函数会被调用，他会通过全局链表变量dai_list查找所有属于该codec的dai，调用snd_soc_dapm_new_dai_widgets函数来生成该dai的播放流widget和录音流widget：

 static int soc_probe_codec(struct snd_soc_card *card,
                            struct snd_soc_codec *codec)
 {
         ......
         /* Create DAPM widgets for each DAI stream */
         list_for_each_entry(dai, &dai_list, list) {
                 if (dai->dev != codec->dev)
                         continue;

                 snd_soc_dapm_new_dai_widgets(&codec->dapm, dai);
         }
         ......
 }

我们看看snd_soc_dapm_new_dai_widgets的代码：

 int snd_soc_dapm_new_dai_widgets(struct snd_soc_dapm_context *dapm,
                                  struct snd_soc_dai *dai)
 {
         struct snd_soc_dapm_widget template;
         struct snd_soc_dapm_widget *w;

         WARN_ON(dapm->dev != dai->dev);

         memset(&template, 0, sizeof(template));
         template.reg = SND_SOC_NOPM;
         // 创建播放 dai widget
         if (dai->driver->playback.stream_name) {
                 template.id = snd_soc_dapm_dai_in;
                 template.name = dai->driver->playback.stream_name;
                 template.sname = dai->driver->playback.stream_name;

                 w = snd_soc_dapm_new_control(dapm, &template);

                 w->priv = dai;
                 dai->playback_widget = w;
         }
         // 创建录音 dai widget
         if (dai->driver->capture.stream_name) {
                 template.id = snd_soc_dapm_dai_out;
                 template.name = dai->driver->capture.stream_name;
                 template.sname = dai->driver->capture.stream_name;

                 w = snd_soc_dapm_new_control(dapm, &template);

                 w->priv = dai;
                 dai->capture_widget = w;
         }

         return 0;
 }

分别为Playback和Capture创建了一个widget，widget的priv字段指向了该dai，这样通过widget就可以找到相应的dai，并且widget的名字就是 snd_soc_dai_driver结构的stream_name。

cpu dai widget    
这里顺便说一个小意外，昨天晚上手贱，执行了一下git pull，版本升级到了3.12 rc7，结果发现ASoc的代码有所变化，于是稍稍纠结了一下，用新的代码继续还是恢复之前的3.10 rc5?经过查看了一些变化后，发现还是新的版本改进得更合理，现在决定，后面的内容都是基于3.12 rc7了。如果大家发现后面贴的代码和之前贴的有差异的地方，自己比较一下这两个版本的代码吧！
回到cpu dai，以前的内核版本由驱动通过snd_soc_register_dais注册，新的版本中，这个函数变为了soc-core的内部函数，驱动改为使用snd_soc_register_component注册，snd_soc_register_component函数再通过调用snd_soc_register_dai/snd_soc_register_dais来完成实际的注册工作。和codec dai widget一样，cpu dai widget也发生在machine驱动匹配上相应的platform驱动之后，soc_probe_platform会被调用，在soc_probe_platform函数中，通过比较dai->dev和platform->dev，挑选出属于该platform的dai，然后通过snd_soc_dapm_new_dai_widgets为cpu dai创建相应的widget：

 static int soc_probe_platform(struct snd_soc_card *card,
                            struct snd_soc_platform *platform)
 {
         int ret = 0;
         const struct snd_soc_platform_driver *driver = platform->driver;
         struct snd_soc_dai *dai;

         ......

         if (driver->dapm_widgets)
                 snd_soc_dapm_new_controls(&platform->dapm,
                         driver->dapm_widgets, driver->num_dapm_widgets);

         /* Create DAPM widgets for each DAI stream */
         list_for_each_entry(dai, &dai_list, list) {
                 if (dai->dev != platform->dev)
                         continue;

                 snd_soc_dapm_new_dai_widgets(&platform->dapm, dai);
         }

         platform->dapm.idle_bias_off = 1;

         ......

         if (driver->controls)
                 snd_soc_add_platform_controls(platform, driver->controls,
                                      driver->num_controls);
         if (driver->dapm_routes)
                 snd_soc_dapm_add_routes(&platform->dapm, driver->dapm_routes,
                                         driver->num_dapm_routes);
         ......

         return 0;
 }

从上面的代码我们也可以看出，在上面的”创建和注册widget“一节提到的第一种方法，即通过给snd_soc_platform_driver结构的dapm_widgets和num_dapm_widgets字段赋值，ASoc会自动为我们创建所需的widget，真正执行创建工作就在上面所列的soc_probe_platform函数中完成的，普通的kcontrol和音频路径也是一样的原理。反推回来，codec的widget也是一样的，在soc_probe_codec中会做同样的事情，只是我上面贴出来soc_probe_codec的代码里没有贴出来，有兴趣的读者自己查看一下它的代码即可。
花了这么多篇幅来讲解dai widget，好像现在看来它还没有什么用处。嗯，不要着急，实际上dai widget是一条完整dapm音频路径的重要元素，没有她，我们无法完成dapm的动态电源管理工作，因为它是音频流和其他widget的纽带，细节我们要留到下一篇文章中来阐述了。

端点widget

一条完整的dapm音频路径，必然有起点和终点，我们把位于这些起点和终点的widget称之为端点widget。以下这些类型的widget可以成为端点widget：

codec的输入输出引脚：

• snd_soc_dapm_output
  
• snd_soc_dapm_input
  

外接的音频设备：

• snd_soc_dapm_hp
  
• snd_soc_dapm_spk
  
• snd_soc_dapm_line
  

音频流（stream domain）：

• snd_soc_dapm_adc
  
• snd_soc_dapm_dac
  
• snd_soc_dapm_aif_out
  
• snd_soc_dapm_aif_in
  
• snd_soc_dapm_dai_out
  
• snd_soc_dapm_dai_in
  

电源、时钟和其它：

• snd_soc_dapm_supply
  
• snd_soc_dapm_regulator_supply
  
• snd_soc_dapm_clock_supply
  
• snd_soc_dapm_kcontrol
  

当声卡上的其中一个widget的状态发生改变时，从这个widget开始，dapm框架会向前和向后遍历路径上的所有widget，判断每个widget的状态是否需要跟着变更，到达这些端点widget就会认为它是一条完整音频路径的开始和结束，从而结束一次扫描动作。至于代码的分析，先让我歇一会......，我会在后面的文章中讨论。