之前写过一个音频驱动Codec分析:ALSA之Codec分析,那时忽略了阐述最基本的概念。要了解一个东西,首先要明白它是什么它起到什么作用,然后才会更好对它的工作流程更好的分析。所以这里提一下:
Codec:音频芯片的控制,比如静音、打开(关闭)ADC(DAC)、设置ADC(DAC)的增益、耳机模式的检测等操作。
I2S:数字音频接口,用于CPU和Codec之间的数字音频流raw data的传输。每当有playback或record操作时,snd_soc_dai_ops. prepare()会被调用,启动I2S总线。
PCM:我不知道为什么会取这个模块名,它其实是定义DMA操作的,用于将音频数据通过DMA传到I2S控制器的FIFO中。
音频数据流向:RAM--(dma)-->I2S Controller FIFO--(i2s)-->Codec-->Speaker/Headset
PCM模块初始化
调用snd_soc_register_platform()向ALSACore注册一个snd_soc_platform结构体。
- struct snd_soc_platform s3c_soc_platform = {
- .name = " s3c-pcm-audio",
- .pcm_ops = & s3c_pcm_ops,
- .pcm_new = s3c_pcm_new,
- .pcm_free = s3c_pcm_free_dma_buffers,
- .suspend = s3c_pcm_suspend,
- .resume = s3c_pcm_resume,
- };
成员pcm_new需要调用dma_alloc_writecombine()给DMA分配一块write-combining的内存空间,并把这块缓冲区的相关信息保存到substream->dma_buffer中,相当于构造函数。pcm_free则相反。
这些成员函数都还算简单,看看代码即可以理解其流程。
snd_pcm_ops
接着我们看一下snd_pcm_ops结构体,该结构体的操作集函数的实现是本模块的主体。
- struct snd_pcm_ops {
- int (*open)(struct snd_pcm_substream *substream);
- int (*close)(struct snd_pcm_substream *substream);
- int (*ioctl)(struct snd_pcm_substream * substream,
- unsigned int cmd, void *arg);
- int (*hw_params)(struct snd_pcm_substream *substream,
- struct snd_pcm_hw_params *params);
- int (*hw_free)(struct snd_pcm_substream *substream);
- int (*prepare)(struct snd_pcm_substream *substream);
- int (*trigger)(struct snd_pcm_substream *substream, int cmd);
- snd_pcm_uframes_t (*pointer)(struct snd_pcm_substream *substream);
- int (*copy)(struct snd_pcm_substream *substream, int channel,
- snd_pcm_uframes_t pos,
- void __user *buf, snd_pcm_uframes_t count);
- int (*silence)(struct snd_pcm_substream *substream, int channel,
- snd_pcm_uframes_t pos, snd_pcm_uframes_t count);
- struct page *(*page)(struct snd_pcm_substream *substream,
- unsigned long offset);
- int (*mmap)(struct snd_pcm_substream *substream, struct vm_area_struct *vma);
- int (*ack)(struct snd_pcm_substream *substream);
- };
我们主要实现open、close、hw_params、hw_free、prepare和trigger接口。
open函数
open函数为PCM模块设定支持的传输模式、数据格式、通道数、period等参数,并为playback/capture stream分配相应的DMA通道。
其一般实现如下:
- static int s3c_pcm_open(struct snd_pcm_substream *substream)
- {
- struct snd_soc_pcm_runtime *rtd = substream->private_data;
- struct snd_soc_dai *cpu_dai = rtd->dai->cpu_dai;
- struct snd_pcm_runtime *runtime = substream->runtime;
- struct audio_stream_a *s = runtime->private_data;
- int ret;
- if (!cpu_dai->active) {
- audio_dma_request(&s[0], audio_dma_callback); //为playback stream分配DMA
- audio_dma_request(&s[1], audio_dma_callback); //为capture stream分配DMA
- }
- //设定runtime硬件参数
- snd_soc_set_runtime_hwparams(substream, &loon_pcm_hardware);
- /* Ensure that buffer size is a multiple of period size */
- ret = snd_pcm_hw_constraint_integer(runtime,
- SNDRV_PCM_HW_PARAM_PERIODS);
- return ret;
- }
其中硬件参数要根据芯片的数据手册来定义,如:
- static const struct snd_pcm_hardware s3c_pcm_hardware = {
- .info = SNDRV_PCM_INFO_INTERLEAVED |
- SNDRV_PCM_INFO_BLOCK_TRANSFER |
- SNDRV_PCM_INFO_MMAP |
- SNDRV_PCM_INFO_MMAP_VALID |
- SNDRV_PCM_INFO_PAUSE |
- SNDRV_PCM_INFO_RESUME,
- .formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE |
- SNDRV_PCM_FMTBIT_U16_LE |
- SNDRV_PCM_FMTBIT_U8 |
- SNDRV_PCM_FMTBIT_S8,
- .channels_min = 2,
- .channels_max = 2,
- .buffer_bytes_max = 128*1024,
- .period_bytes_min = PAGE_SIZE,
- .period_bytes_max = PAGE_SIZE*2,
- .periods_min = 2,
- .periods_max = 128,
- .fifo_size = 32,
- };
关于peroid的概念有这样的描述:The “period” is a term that corresponds to a fragment in the OSS world. The period defines the size at which a PCM interrupt is generated.
上层ALSA lib可以通过接口来获得这些参数的,如snd_pcm_hw_params_get_buffer_size_max()来取得buffer_bytes_max。
关于DMA的中断处理
另外留意audio_dma_request(&s[0], audio_dma_callback);中的audio_dma_callback,这是dma的中断函数,这里以callback的形式存在,其实到dma的底层还是这样的形式:static irqreturn_t dma_irq_handler(int irq, void *dev_id),在DMA中断处理dma_irq_handler()中调用callback。这些跟具体硬件平台的DMA实现相关,如果没有类似的机制,那么还是要在pcm模块中实现这个中断。
- /*
- * This is called when dma IRQ occurs at the end of each transmited block
- */
- static void audio_dma_callback(void *data)
- {
- struct audio_stream_a *s = data;
- /*
- * If we are getting a callback for an active stream then we inform
- * the PCM middle layer we've finished a period
- */
- if (s->active)
- snd_pcm_period_elapsed(s->stream);
- spin_lock(&s->dma_lock);
- if (s->periods > 0)
- s->periods--;
- audio_process_dma(s); //dma启动
- spin_unlock(&s->dma_lock);
- }
hw_params函数
hw_params函数为substream(每打开一个playback或capture,ALSACore均产生相应的一个substream)设定DMA的源(目的)地址,以及DMA缓冲区的大小。
- static int s3c_pcm_hw_params(struct snd_pcm_substream *substream,
- struct snd_pcm_hw_params *params)
- {
- struct snd_pcm_runtime *runtime = substream->runtime;
- int err = 0;
- snd_pcm_set_runtime_buffer(substream, &substream->dma_buffer);
- runtime->dma_bytes = params_buffer_bytes(params);
- return err;
- }
hw_free是hw_params的相反操作,调用snd_pcm_set_runtime_buffer(substream, NULL)即可。
注:代码中的dma_buffer 是DMA缓冲区,它通过4个字段定义:dma_area、dma_addr、dma_bytes和dma_private。其中dma_area是缓冲区逻辑地址,dma_addr是缓冲区的物理地址,dma_bytes是缓冲区的大小,dma_private是ALSA的DMA管理用到的。dma_buffer是在pcm_new()中初始化的;当然也可以把分配dma缓冲区的工作放到这部分来实现,但考虑到减少碎片,故还是在pcm_new中以最大size(即buffer_bytes_max)来分配。
prepare函数
当pcm“准备好了”调用该函数。在这里根据channels、buffer_bytes等来设定DMA传输参数,跟具体硬件平台相关。
注:每次调用snd_pcm_prepare()的时候均会调用prepare函数。
trigger函数
当pcm开始、停止、暂停的时候都会调用trigger函数。
- static int s3c_pcm_trigger(struct snd_pcm_substream *substream, int cmd)
- {
- struct runtime_data *prtd = substream->runtime->private_data;
- int ret = 0;
- spin_lock(&prtd->lock);
- switch (cmd) {
- case SNDRV_PCM_TRIGGER_START:
- case SNDRV_PCM_TRIGGER_RESUME:
- case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_RELEASE:
- prtd->state |= ST_RUNNING;
- dma_ctrl(prtd->params->channel, DMAOP_START); //DMA开启
- break;
- case SNDRV_PCM_TRIGGER_STOP:
- case SNDRV_PCM_TRIGGER_SUSPEND:
- case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_PUSH:
- prtd->state &= ~ST_RUNNING;
- dma_ctrl(prtd->params->channel, DMAOP_STOP); //DMA停止
- break;
- default:
- ret = -EINVAL;
- break;
- }
- spin_unlock(&prtd->lock);
- return ret;
- }
Trigger函数里面的操作应该是原子的,不要在调用这些操作时进入睡眠,trigger函数应尽量小,甚至仅仅是触发DMA。
pointer函数
static snd_pcm_uframes_t wmt_pcm_pointer(struct snd_pcm_substream *substream)
PCM中间层通过调用这个函数来获取缓冲区的位置。一般情况下,在中断函数中调用snd_pcm_period_elapsed()或在pcm中间层更新buffer的时候调用它。然后pcm中间层会更新指针位置和计算缓冲区可用空间,唤醒那些在等待的线程。这个函数也是原子的。
snd_pcm_runtime
我们会留意到ops各成员函数均需要取得一个snd_pcm_runtime结构体指针,这个指针可以通过substream->runtime来获得。snd_pcm_runtime是pcm运行时的信息。当打开一个pcm子流时,pcm运行时实例就会分配给这个子流。它拥有很多多种信息:hw_params和sw_params配置拷贝,缓冲区指针,mmap记录,自旋锁等。snd_pcm_runtime对于驱动程序操作集函数是只读的,仅pcm中间层可以改变或更新这些信息。