Linux ALSA声卡驱动之七:ASoC架构中的Codec

1. Codec简介

在移动设备中,Codec的作用可以归结为4种,分别是:

  • 对PCM等信号进行D/A转换,把数字的音频信号转换为模拟信号
  • 对Mic、Linein或者其他输入源的模拟信号进行A/D转换,把模拟的声音信号转变CPU能够处理的数字信号
  • 对音频通路进行控制,比如播放音乐,收听调频收音机,又或者接听电话时,音频信号在codec内的流通路线是不一样的
  • 对音频信号做出相应的处理,例如音量控制,功率放大,EQ控制等等

ASoC对Codec的这些功能都定义好了一些列相应的接口,以方便地对Codec进行控制。ASoC对Codec驱动的一个基本要求是:驱动程序的代码必须要做到平台无关性,以方便同一个Codec的代码不经修改即可用在不同的平台上。以下的讨论基于wolfson的Codec芯片WM8994,kernel的版本3.3.x。

2. ASoC中对Codec的数据抽象

描述Codec的最主要的几个数据结构分别是:snd_soc_codec,snd_soc_codec_driver,snd_soc_dai,snd_soc_dai_driver,其中的snd_soc_dai和snd_soc_dai_driver在ASoC的Platform驱动中也会使用到,Platform和Codec的DAI通过snd_soc_dai_link结构,在Machine驱动中进行绑定连接。下面我们先看看这几个结构的定义,这里我只贴出我要关注的字段,详细的定义请参照:/include/sound/soc.h。
snd_soc_codec:
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  1. /* SoC Audio Codec device */
  2. struct snd_soc_codec {
  3. const char *name; /* Codec的名字*/
  4. struct device *dev; /* 指向Codec设备的指针 */
  5. const struct snd_soc_codec_driver *driver; /* 指向该codec的驱动的指针 */
  6. struct snd_soc_card *card; /* 指向Machine驱动的card实例 */
  7. int num_dai; /* 该Codec数字接口的个数,目前越来越多的Codec带有多个I2S或者是PCM接口 */
  8. int (*volatile_register)(...); /* 用于判定某一寄存器是否是volatile */
  9. int (*readable_register)(...); /* 用于判定某一寄存器是否可读 */
  10. int (*writable_register)(...); /* 用于判定某一寄存器是否可写 */
  11. /* runtime */
  12. ......
  13. /* codec IO */
  14. void *control_data; /* 该指针指向的结构用于对codec的控制,通常和read,write字段联合使用 */
  15. enum snd_soc_control_type control_type;/* 可以是SND_SOC_SPI,SND_SOC_I2C,SND_SOC_REGMAP中的一种 */
  16. unsigned int (*read)(struct snd_soc_codec *, unsigned int); /* 读取Codec寄存器的函数 */
  17. int (*write)(struct snd_soc_codec *, unsigned int, unsigned int); /* 写入Codec寄存器的函数 */
  18. /* dapm */
  19. struct snd_soc_dapm_context dapm; /* 用于DAPM控件 */
  20. };

snd_soc_codec_driver:
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  1. /* codec driver */
  2. struct snd_soc_codec_driver {
  3. /* driver ops */
  4. int (*probe)(struct snd_soc_codec *); /* codec驱动的probe函数,由snd_soc_instantiate_card回调 */
  5. int (*remove)(struct snd_soc_codec *);
  6. int (*suspend)(struct snd_soc_codec *); /* 电源管理 */
  7. int (*resume)(struct snd_soc_codec *); /* 电源管理 */
  8. /* Default control and setup, added after probe() is run */
  9. const struct snd_kcontrol_new *controls; /* 音频控件指针 */
  10. const struct snd_soc_dapm_widget *dapm_widgets; /* dapm部件指针 */
  11. const struct snd_soc_dapm_route *dapm_routes; /* dapm路由指针 */
  12. /* codec wide operations */
  13. int (*set_sysclk)(...); /* 时钟配置函数 */
  14. int (*set_pll)(...); /* 锁相环配置函数 */
  15. /* codec IO */
  16. unsigned int (*read)(...); /* 读取codec寄存器函数 */
  17. int (*write)(...); /* 写入codec寄存器函数 */
  18. int (*volatile_register)(...); /* 用于判定某一寄存器是否是volatile */
  19. int (*readable_register)(...); /* 用于判定某一寄存器是否可读 */
  20. int (*writable_register)(...); /* 用于判定某一寄存器是否可写 */
  21. /* codec bias level */
  22. int (*set_bias_level)(...); /* 偏置电压配置函数 */
  23. };
snd_soc_dai:
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  1. /*
  2. * Digital Audio Interface runtime data.
  3. *
  4. * Holds runtime data for a DAI.
  5. */
  6. struct snd_soc_dai {
  7. const char *name; /* dai的名字 */
  8. struct device *dev; /* 设备指针 */
  9. /* driver ops */
  10. struct snd_soc_dai_driver *driver; /* 指向dai驱动结构的指针 */
  11. /* DAI runtime info */
  12. unsigned int capture_active:1; /* stream is in use */
  13. unsigned int playback_active:1; /* stream is in use */
  14. /* DAI DMA data */
  15. void *playback_dma_data; /* 用于管理playback dma */
  16. void *capture_dma_data; /* 用于管理capture dma */
  17. /* parent platform/codec */
  18. union {
  19. struct snd_soc_platform *platform; /* 如果是cpu dai,指向所绑定的平台 */
  20. struct snd_soc_codec *codec; /* 如果是codec dai指向所绑定的codec */
  21. };
  22. struct snd_soc_card *card; /* 指向Machine驱动中的crad实例 */
  23. };
snd_soc_dai_driver:
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  1. /*
  2. * Digital Audio Interface Driver.
  3. *
  4. * Describes the Digital Audio Interface in terms of its ALSA, DAI and AC97
  5. * operations and capabilities. Codec and platform drivers will register this
  6. * structure for every DAI they have.
  7. *
  8. * This structure covers the clocking, formating and ALSA operations for each
  9. * interface.
  10. */
  11. struct snd_soc_dai_driver {
  12. /* DAI description */
  13. const char *name; /* dai驱动名字 */
  14. /* DAI driver callbacks */
  15. int (*probe)(struct snd_soc_dai *dai); /* dai驱动的probe函数,由snd_soc_instantiate_card回调 */
  16. int (*remove)(struct snd_soc_dai *dai);
  17. int (*suspend)(struct snd_soc_dai *dai); /* 电源管理 */
  18. int (*resume)(struct snd_soc_dai *dai);
  19. /* ops */
  20. const struct snd_soc_dai_ops *ops; /* 指向本dai的snd_soc_dai_ops结构 */
  21. /* DAI capabilities */
  22. struct snd_soc_pcm_stream capture; /* 描述capture的能力 */
  23. struct snd_soc_pcm_stream playback; /* 描述playback的能力 */
  24. };
snd_soc_dai_ops用于实现该dai的控制盒参数配置:
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  1. struct snd_soc_dai_ops {
  2. /*
  3. * DAI clocking configuration, all optional.
  4. * Called by soc_card drivers, normally in their hw_params.
  5. */
  6. int (*set_sysclk)(...);
  7. int (*set_pll)(...);
  8. int (*set_clkdiv)(...);
  9. /*
  10. * DAI format configuration
  11. * Called by soc_card drivers, normally in their hw_params.
  12. */
  13. int (*set_fmt)(...);
  14. int (*set_tdm_slot)(...);
  15. int (*set_channel_map)(...);
  16. int (*set_tristate)(...);
  17. /*
  18. * DAI digital mute - optional.
  19. * Called by soc-core to minimise any pops.
  20. */
  21. int (*digital_mute)(...);
  22. /*
  23. * ALSA PCM audio operations - all optional.
  24. * Called by soc-core during audio PCM operations.
  25. */
  26. int (*startup)(...);
  27. void (*shutdown)(...);
  28. int (*hw_params)(...);
  29. int (*hw_free)(...);
  30. int (*prepare)(...);
  31. int (*trigger)(...);
  32. /*
  33. * For hardware based FIFO caused delay reporting.
  34. * Optional.
  35. */
  36. snd_pcm_sframes_t (*delay)(...);
  37. };

3. Codec的注册

因为Codec驱动的代码要做到平台无关性,要使得Machine驱动能够使用该Codec,Codec驱动的首要任务就是确定snd_soc_codec和snd_soc_dai的实例,并把它们注册到系统中,注册后的codec和dai才能为Machine驱动所用。以WM8994为例,对应的代码位置:/sound/soc/codecs/wm8994.c,模块的入口函数注册了一个platform driver:
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  1. static struct platform_driver wm8994_codec_driver = {
  2. .driver = {
  3. .name = "wm8994-codec",
  4. .owner = THIS_MODULE,
  5. },
  6. .probe = wm8994_probe,
  7. .remove = __devexit_p(wm8994_remove),
  8. };
  9. module_platform_driver(wm8994_codec_driver);
有platform driver,必定会有相应的platform device,这个platform device的来源后面再说,显然,platform driver注册后,probe回调将会被调用,这里是wm8994_probe函数:
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  1. static int __devinit wm8994_probe(struct platform_device *pdev)
  2. {
  3. return snd_soc_register_codec(&pdev->dev, &soc_codec_dev_wm8994,
  4. wm8994_dai, ARRAY_SIZE(wm8994_dai));
  5. }
其中,soc_codec_dev_wm8994和wm8994_dai的定义如下(代码中定义了3个dai,这里只列出第一个):
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  1. static struct snd_soc_codec_driver soc_codec_dev_wm8994 = {
  2. .probe = wm8994_codec_probe,
  3. .remove = wm8994_codec_remove,
  4. .suspend = wm8994_suspend,
  5. .resume = wm8994_resume,
  6. .set_bias_level = wm8994_set_bias_level,
  7. .reg_cache_size = WM8994_MAX_REGISTER,
  8. .volatile_register = wm8994_soc_volatile,
  9. };
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  1. static struct snd_soc_dai_driver wm8994_dai[] = {
  2. {
  3. .name = "wm8994-aif1",
  4. .id = 1,
  5. .playback = {
  6. .stream_name = "AIF1 Playback",
  7. .channels_min = 1,
  8. .channels_max = 2,
  9. .rates = WM8994_RATES,
  10. .formats = WM8994_FORMATS,
  11. },
  12. .capture = {
  13. .stream_name = "AIF1 Capture",
  14. .channels_min = 1,
  15. .channels_max = 2,
  16. .rates = WM8994_RATES,
  17. .formats = WM8994_FORMATS,
  18. },
  19. .ops = &wm8994_aif1_dai_ops,
  20. },
  21. ......
  22. }
可见,Codec驱动的第一个步骤就是定义snd_soc_codec_driver和snd_soc_dai_driver的实例,然后调用 snd_soc_register_codec函数对Codec进行注册。进入snd_soc_register_codec函数看看:
首先,它申请了一个snd_soc_codec结构的实例:
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  1. codec = kzalloc(sizeof(struct snd_soc_codec), GFP_KERNEL);
确定codec的名字,这个名字很重要,Machine驱动定义的snd_soc_dai_link中会指定每个link的codec和dai的名字,进行匹配绑定时就是通过和这里的名字比较,从而找到该Codec的!
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  1. /* create CODEC component name */
  2. codec->name = fmt_single_name(dev, &codec->id);
然后初始化它的各个字段,多数字段的值来自上面定义的snd_soc_codec_driver的实例 soc_codec_dev_wm8994:
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  1. codec->write = codec_drv->write;
  2. codec->read = codec_drv->read;
  3. codec->volatile_register = codec_drv->volatile_register;
  4. codec->readable_register = codec_drv->readable_register;
  5. codec->writable_register = codec_drv->writable_register;
  6. codec->dapm.bias_level = SND_SOC_BIAS_OFF;
  7. codec->dapm.dev = dev;
  8. codec->dapm.codec = codec;
  9. codec->dapm.seq_notifier = codec_drv->seq_notifier;
  10. codec->dapm.stream_event = codec_drv->stream_event;
  11. codec->dev = dev;
  12. codec->driver = codec_drv;
  13. codec->num_dai = num_dai;
在做了一些寄存器缓存的初始化和配置工作后,通过 snd_soc_register_dais函数 对本Codec的dai进行注册:
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  1. /* register any DAIs */
  2. if (num_dai) {
  3. ret = snd_soc_register_dais(dev, dai_drv, num_dai);
  4. if (ret < 0)
  5. goto fail;
  6. }
最后,它把codec实例链接到全局链表codec_list中,并且调用snd_soc_instantiate_cards是函数触发Machine驱动进行一次匹配绑定操作:
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  1. list_add(&codec->list, &codec_list);
  2. snd_soc_instantiate_cards();
上面的 snd_soc_register_dais函数其实也是和snd_soc_register_codec类似,显示为每个snd_soc_dai实例分配内存,确定dai的名字,用snd_soc_dai_driver实例的字段对它进行必要初始化,最后把该dai链接到全局链表dai_list中,和Codec一样,最后也会调用snd_soc_instantiate_cards函数触发一次匹配绑定的操作。
Linux ALSA声卡驱动之七:ASoC架构中的Codec_第1张图片
                  图3.1 dai的注册
关于snd_soc_instantiate_cards函数,请参阅另一篇博文:Linux音频驱动之六:ASoC架构中的Machine。

4. mfd设备

前面已经提到,codec驱动把自己注册为一个platform driver,那对应的platform device在哪里定义?答案是在以下代码文件中:/drivers/mfd/wm8994-core.c。

WM8994本身具备多种功能,除了codec外,它还有作为LDO和GPIO使用,这几种功能共享一些IO和中断资源,linux为这种设备提供了一套标准的实现方法:mfd设备。其基本思想是为这些功能的公共部分实现一个父设备,以便共享某些系统资源和功能,然后每个子功能实现为它的子设备,这样既共享了资源和代码,又能实现合理的设备层次结构,主要利用到的API就是:mfd_add_devices(),mfd_remove_devices(),mfd_cell_enable(),mfd_cell_disable(),mfd_clone_cell()。

回到wm8994-core.c中,因为WM8994使用I2C进行内部寄存器的存取,它首先注册了一个I2C驱动:

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  1. static struct i2c_driver wm8994_i2c_driver = {
  2. .driver = {
  3. .name = "wm8994",
  4. .owner = THIS_MODULE,
  5. .pm = &wm8994_pm_ops,
  6. .of_match_table = wm8994_of_match,
  7. },
  8. .probe = wm8994_i2c_probe,
  9. .remove = wm8994_i2c_remove,
  10. .id_table = wm8994_i2c_id,
  11. };
  12. static int __init wm8994_i2c_init(void)
  13. {
  14. int ret;
  15. ret = i2c_add_driver(&wm8994_i2c_driver);
  16. if (ret != 0)
  17. pr_err("Failed to register wm8994 I2C driver: %d\n", ret);
  18. return ret;
  19. }
  20. module_init(wm8994_i2c_init);
进入 wm8994_i2c_probe()函数,它先申请了一个wm8994结构的变量,该变量被作为这个I2C设备的driver_data使用,上面已经讲过,codec作为它的子设备,将会取出并使用这个driver_data。接下来,本函数利用regmap_init_i2c()初始化并获得一个regmap结构,该结构主要用于后续基于regmap机制的寄存器I/O,关于regmap我们留在后面再讲。最后,通过wm8994_device_init()来添加mfd子设备:

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  1. static int wm8994_i2c_probe(struct i2c_client *i2c,
  2. const struct i2c_device_id *id)
  3. {
  4. struct wm8994 *wm8994;
  5. int ret;
  6. wm8994 = devm_kzalloc(&i2c->dev, sizeof(struct wm8994), GFP_KERNEL);
  7. i2c_set_clientdata(i2c, wm8994);
  8. wm8994->dev = &i2c->dev;
  9. wm8994->irq = i2c->irq;
  10. wm8994->type = id->driver_data;
  11. wm8994->regmap = regmap_init_i2c(i2c, &wm8994_base_regmap_config);
  12. return wm8994_device_init(wm8994, i2c->irq);
  13. }
继续进入wm8994_device_init()函数,它首先为两个LDO添加mfd子设备:
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  1. /* Add the on-chip regulators first for bootstrapping */
  2. ret = mfd_add_devices(wm8994->dev, -1,
  3. wm8994_regulator_devs,
  4. ARRAY_SIZE(wm8994_regulator_devs),
  5. NULL, 0);
因为WM1811,WM8994,WM8958三个芯片功能类似,因此这三个芯片都使用了WM8994的代码,所以 wm8994_device_init()接下来根据不同的芯片型号做了一些初始化动作,这部分的代码就不贴了。接着,从platform_data中获得部分配置信息:
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  1. if (pdata) {
  2. wm8994->irq_base = pdata->irq_base;
  3. wm8994->gpio_base = pdata->gpio_base;
  4. /* GPIO configuration is only applied if it's non-zero */
  5. ......
  6. }
最后,初始化irq,然后添加codec子设备和gpio子设备:
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  1. wm8994_irq_init(wm8994);
  2. ret = mfd_add_devices(wm8994->dev, -1,
  3. wm8994_devs, ARRAY_SIZE(wm8994_devs),
  4. NULL, 0);
经过以上这些处理后,作为父设备的I2C设备已经准备就绪,它的下面挂着4个子设备:ldo-0,ldo-1,codec,gpio。其中,codec子设备的加入,它将会和前面所讲codec的platform driver匹配,触发probe回调完成下面所说的codec驱动的初始化工作。

5. Codec初始化

Machine驱动的初始化,codec和dai的注册,都会调用snd_soc_instantiate_cards()进行一次声卡和codec,dai,platform的匹配绑定过程,这里所说的绑定,正如Machine驱动一文中所描述,就是通过3个全局链表,按名字进行匹配,把匹配的codec,dai和platform实例赋值给声卡每对dai的snd_soc_pcm_runtime变量中。一旦绑定成功,将会使得codec和dai驱动的probe回调被调用,codec的初始化工作就在该回调中完成。对于WM8994,该回调就是wm8994_codec_probe函数:
Linux ALSA声卡驱动之七:ASoC架构中的Codec_第2张图片

                                                             图5.1 wm8994_codec_probe

  • 取出父设备的driver_data,其实就是上一节的wm8994结构变量,取出其中的regmap字段,复制到codec的control_data字段中;
  • 申请一个wm8994_priv私有数据结构,并把它设为codec设备的driver_data;
  • 通过snd_soc_codec_set_cache_io初始化regmap io,完成这一步后,就可以使用API:snd_soc_read(),snd_soc_write()对codec的寄存器进行读写了;
  • 把父设备的driver_data(struct wm8994)和platform_data保存到私有结构wm8994_priv中;
  • 因为要同时支持3个芯片型号,这里要根据芯片的型号做一些特定的初始化工作;
  • 申请必要的几个中断;
  • 设置合适的偏置电平;
  • 通过snd_soc_update_bits修改某些寄存器;
  • 根据父设备的platform_data,完成特定于平台的初始化配置;
  • 添加必要的control,dapm部件进而dapm路由信息;

至此,codec驱动的初始化完成。

5. regmap-io

我们知道,要想对codec进行控制,通常都是通过读写它的内部寄存器完成的,读写的接口通常是I2C或者是SPI接口,不过每个codec芯片寄存器的比特位组成都有所不同,寄存器地址的比特位也有所不同。例如WM8753的寄存器地址是7bits,数据是9bits,WM8993的寄存器地址是8bits,数据也是16bits,而WM8994的寄存器地址是16bits,数据也是16bits。在kernel3.1版本,内核引入了一套regmap机制和相关的API,这样就可以用统一的操作来实现对这些多样的寄存器的控制。regmap使用起来也相对简单:
  • 为codec定义一个regmap_config结构实例,指定codec寄存器的地址和数据位等信息;
  • 根据codec的控制总线类型,调用以下其中一个函数,得到一个指向regmap结构的指针:
    • struct regmap *regmap_init_i2c(struct i2c_client *i2c, const struct regmap_config *config);
    • struct regmap *regmap_init_spi(struct spi_device *dev, const struct regmap_config *config);
  • 把获得的regmap结构指针赋值给codec->control_data;
  • 调用soc-io的api:snd_soc_codec_set_cache_io使得soc-io和regmap进行关联;
完成以上步骤后,codec驱动就可以使用诸如snd_soc_read、snd_soc_write、snd_soc_update_bits等API对codec的寄存器进行读写了。

 

转自:http://blog.csdn.net/droidphone/article/details/7283833

 


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