kk Blog —— 通用基础

date [-d @int|str] [+%s|"+%F %T"]

alsa架构分析

http://blog.csdn.net/poltroon/article/details/7978304

http://blog.csdn.net/droidphone/article/category/1118446

Linux ALSA声卡驱动之一:ALSA架构简介

一. 概述

ALSA是Advanced Linux Sound Architecture 的缩写,目前已经成为了linux的主流音频体系结构,想了解更多的关于ALSA的这一开源项目的信息和知识,请查看以下网址:http://www.alsa-project.org/%E3%80%82

在内核设备驱动层,ALSA提供了alsa-driver,同时在应用层,ALSA为我们提供了alsa-lib,应用程序只要调用alsa-lib提供的API,即可以完成对底层音频硬件的控制。


图 1.1 alsa的软件体系结构

由图1.1可以看出,用户空间的alsa-lib对应用程序提供统一的API接口,这样可以隐藏了驱动层的实现细节,简化了应用程序的实现难度。内核空间中,alsa-soc其实是对alsa-driver的进一步封装,他针对嵌入式设备提供了一些列增强的功能。本系列博文仅对嵌入式系统中的alsa-driver和alsa-soc进行讨论。

二. ALSA设备文件结构

我们从alsa在linux中的设备文件结构开始我们的alsa之旅. 看看我的电脑中的alsa驱动的设备文件结构:

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$ cd /dev/snd
$ ls -l

crw-rw----+ 1 root audio 116, 8 2011-02-23 21:38 controlC0
crw-rw----+ 1 root audio 116, 4 2011-02-23 21:38 midiC0D0
crw-rw----+ 1 root audio 116, 7 2011-02-23 21:39 pcmC0D0c
crw-rw----+ 1 root audio 116, 6 2011-02-23 21:56 pcmC0D0p
crw-rw----+ 1 root audio 116, 5 2011-02-23 21:38 pcmC0D1p
crw-rw----+ 1 root audio 116, 3 2011-02-23 21:38 seq
crw-rw----+ 1 root audio 116, 2 2011-02-23 21:38 timer

我们可以看到以下设备文件:

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controlC0 -->               用于声卡的控制,例如通道选择,混音,麦克风的控制等
midiC0D0  -->               用于播放midi音频
pcmC0D0c  -->               用于录音的pcm设备
pcmC0D0p  -->               用于播放的pcm设备
seq       -->               音序器
timer     -->               定时器

其中,C0D0代表的是声卡0中的设备0,pcmC0D0c最后一个c代表capture,pcmC0D0p最后一个p代表playback,这些都是alsa-driver中的命名规则。从上面的列表可以看出,我的声卡下挂了6个设备,根据声卡的实际能力,驱动实际上可以挂上更多种类的设备,在include/sound/core.h中,定义了以下设备类型:

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#define SNDRV_DEV_TOPLEVEL  ((__force snd_device_type_t) 0)
#define SNDRV_DEV_CONTROL   ((__force snd_device_type_t) 1)
#define SNDRV_DEV_LOWLEVEL_PRE  ((__force snd_device_type_t) 2)
#define SNDRV_DEV_LOWLEVEL_NORMAL ((__force snd_device_type_t) 0x1000)
#define SNDRV_DEV_PCM       ((__force snd_device_type_t) 0x1001)
#define SNDRV_DEV_RAWMIDI   ((__force snd_device_type_t) 0x1002)
#define SNDRV_DEV_TIMER     ((__force snd_device_type_t) 0x1003)
#define SNDRV_DEV_SEQUENCER ((__force snd_device_type_t) 0x1004)
#define SNDRV_DEV_HWDEP     ((__force snd_device_type_t) 0x1005)
#define SNDRV_DEV_INFO      ((__force snd_device_type_t) 0x1006)
#define SNDRV_DEV_BUS       ((__force snd_device_type_t) 0x1007)
#define SNDRV_DEV_CODEC     ((__force snd_device_type_t) 0x1008)
#define SNDRV_DEV_JACK          ((__force snd_device_type_t) 0x1009)
#define SNDRV_DEV_LOWLEVEL  ((__force snd_device_type_t) 0x2000)

通常,我们更关心的是pcm和control这两种设备。

三. 驱动的代码文件结构

在Linux2.6代码树中,Alsa的代码文件结构如下:

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sound
        /core
                 /oss
                /seq
        /ioctl32
        /include
        /drivers
        /i2c
        /synth
                /emux
        /pci
                /(cards)
        /isa
                /(cards)
        /arm
        /ppc
        /sparc
        /usb
        /pcmcia /(cards)
        /oss
        /soc
                /codecs

core            该目录包含了ALSA驱动的中间层,它是整个ALSA驱动的核心部分
core/oss        包含模拟旧的OSS架构的PCM和Mixer模块
core/seq        有关音序器相关的代码
include         ALSA驱动的公共头文件目录,该目录的头文件需要导出给用户空间的应用程序使用,通常,驱动模块私有的头文件不应放置在这里
drivers         放置一些与CPU、BUS架构无关的公用代码
i2c             ALSA自己的I2C控制代码
pci             pci声卡的顶层目录,子目录包含各种pci声卡的代码
isa             isa声卡的顶层目录,子目录包含各种isa声卡的代码
soc             针对system-on-chip体系的中间层代码
soc/codecs      针对soc体系的各种codec的代码,与平台无关

Linux ALSA声卡驱动之二:声卡的创建

1. struct snd_card

1.1. snd_card是什么

snd_card可以说是整个ALSA音频驱动最顶层的一个结构,整个声卡的软件逻辑结构开始于该结构,几乎所有与声音相关的逻辑设备都是在snd_card的管理之下,声卡驱动的第一个动作通常就是创建一个snd_card结构体。正因为如此,本节中,我们也从 struct cnd_card开始吧。

1.2. snd_card的定义

snd_card的定义位于改头文件中:include/sound/core.h

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/* main structure for soundcard */

struct snd_card {
    int number;         /* number of soundcard (index to
                                snd_cards) */

    char id[16];            /* id string of this card */
    char driver[16];        /* driver name */
    char shortname[32];     /* short name of this soundcard */
    char longname[80];      /* name of this soundcard */
    char mixername[80];     /* mixer name */
    char components[128];       /* card components delimited with
                                space */
    struct module *module;      /* top-level module */

    void *private_data;     /* private data for soundcard */
    void (*private_free) (struct snd_card *card); /* callback for freeing of
                                private data */
    struct list_head devices;   /* devices */

    unsigned int last_numid;    /* last used numeric ID */
    struct rw_semaphore controls_rwsem; /* controls list lock */
    rwlock_t ctl_files_rwlock;  /* ctl_files list lock */
    int controls_count;     /* count of all controls */
    int user_ctl_count;     /* count of all user controls */
    struct list_head controls;  /* all controls for this card */
    struct list_head ctl_files; /* active control files */

    struct snd_info_entry *proc_root;   /* root for soundcard specific files */
    struct snd_info_entry *proc_id; /* the card id */
    struct proc_dir_entry *proc_root_link;  /* number link to real id */

    struct list_head files_list;    /* all files associated to this card */
    struct snd_shutdown_f_ops *s_f_ops; /* file operations in the shutdown
                                state */
    spinlock_t files_lock;      /* lock the files for this card */
    int shutdown;           /* this card is going down */
    int free_on_last_close;     /* free in context of file_release */
    wait_queue_head_t shutdown_sleep;
    struct device *dev;     /* device assigned to this card */
#ifndef CONFIG_SYSFS_DEPRECATED
    struct device *card_dev;    /* cardX object for sysfs */
#endif
#ifdef CONFIG_PM
    unsigned int power_state;   /* power state */
    struct mutex power_lock;    /* power lock */
    wait_queue_head_t power_sleep;
#endif
#if defined(CONFIG_SND_MIXER_OSS) || defined(CONFIG_SND_MIXER_OSS_MODULE)
    struct snd_mixer_oss *mixer_oss;
    int mixer_oss_change_count;
#endif
};

struct list_head devices     记录该声卡下所有逻辑设备的链表
struct list_head controls    记录该声卡下所有的控制单元的链表
void *private_data           声卡的私有数据,可以在创建声卡时通过参数指定数据的大小

2. 声卡的建立流程

2.1.1. 第一步,创建snd_card的一个实例
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int err;
....
err = snd_card_create(index, id, THIS_MODULE, 0, &card);

index           一个整数值,该声卡的编号
id                字符串,声卡的标识符
第四个参数    该参数决定在创建snd_card实例时,需要同时额外分配的私有数据的大小,该数据的指针最终会赋值给snd_card的private_data数据成员
card             返回所创建的snd_card实例的指针
2.1.2. 第二步,创建声卡的芯片专用数据

声卡的专用数据主要用于存放该声卡的一些资源信息,例如中断资源、io资源、dma资源等。可以有两种创建方法:

通过上一步中snd_card_create()中的第四个参数,让snd_card_create自己创建

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// struct mychip 用于保存专用数据
err = snd_card_create(index, id, THIS_MODULE,
                sizeof(struct mychip), &card);
// 从private_data中取出
struct mychip *chip = card->private_data;

自己创建:

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struct mychip {
    struct snd_card *card;
    ....
};
struct snd_card *card;
struct mychip *chip;
err = snd_card_create(index[dev], id[dev], THIS_MODULE, 0, &card);
// 专用数据记录snd_card实例
chip->card = card;
.....
chip = kzalloc(sizeof(*chip), GFP_KERNEL);

然后,把芯片的专有数据注册为声卡的一个低阶设备:

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static int snd_mychip_dev_free(struct snd_device *device)
{
    return snd_mychip_free(device->device_data);
}

static struct snd_device_ops ops = {
    .dev_free = snd_mychip_dev_free,
};
....
snd_device_new(card, SNDRV_DEV_LOWLEVEL, chip, &ops);
2.1.3. 第三步,设置Driver的ID和名字
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strcpy(card->driver, "My Chip");
strcpy(card->shortname, "My Own Chip 123");
sprintf(card->longname, "%s at 0x%lx irq %i",
            card->shortname, chip->ioport, chip->irq);

snd_card的driver字段保存着芯片的ID字符串,user空间的alsa-lib会使用到该字符串,所以必须要保证该ID的唯一性。shortname字段更多地用于打印信息,longname字段则会出现在/proc/asound/cards中。

2.1.4. 第四步,创建声卡的功能部件(逻辑设备),例如PCM,Mixer,MIDI等

这时候可以创建声卡的各种功能部件了,还记得开头的snd_card结构体的devices字段吗?每一种部件的创建最终会调用snd_device_new()来生成一个snd_device实例,并把该实例链接到snd_card的devices链表中。

通常,alsa-driver的已经提供了一些常用的部件的创建函数,而不必直接调用snd_device_new(),比如:

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PCM     --        snd_pcm_new()
RAWMIDI --        snd_rawmidi_new()
CONTROL --        snd_ctl_create()
TIMER   --        snd_timer_new()
INFO    --        snd_card_proc_new()
JACK    --        snd_jack_new()
2.1.5. 第五步,注册声卡
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err = snd_card_register(card);
if (err < 0) {
    snd_card_free(card);
    return err;
}

2.2. 一个实际的例子

我把/sound/arm/pxa2xx-ac97.c的部分代码贴上来:

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static int __devinit pxa2xx_ac97_probe(struct platform_device *dev)
{
    struct snd_card *card;
    struct snd_ac97_bus *ac97_bus;
    struct snd_ac97_template ac97_template;
    int ret;
    pxa2xx_audio_ops_t *pdata = dev->dev.platform_data;

    if (dev->id >= 0) {
        dev_err(&dev->dev, "PXA2xx has only one AC97 port./n");
        ret = -ENXIO;
        goto err_dev;
    }
////(1)////
    ret = snd_card_create(SNDRV_DEFAULT_IDX1, SNDRV_DEFAULT_STR1,
                  THIS_MODULE, 0, &card);
    if (ret < 0)
        goto err;

    card->dev = &dev->dev;
////(3)////
    strncpy(card->driver, dev->dev.driver->name, sizeof(card->driver));

////(4)////
    ret = pxa2xx_pcm_new(card, &pxa2xx_ac97_pcm_client, &pxa2xx_ac97_pcm);
    if (ret)
        goto err;
////(2)////
    ret = pxa2xx_ac97_hw_probe(dev);
    if (ret)
        goto err;

////(4)////
    ret = snd_ac97_bus(card, 0, &pxa2xx_ac97_ops, NULL, &ac97_bus);
    if (ret)
        goto err_remove;
    memset(&ac97_template, 0, sizeof(ac97_template));
    ret = snd_ac97_mixer(ac97_bus, &ac97_template, &pxa2xx_ac97_ac97);
    if (ret)
        goto err_remove;
////(3)////
    snprintf(card->shortname, sizeof(card->shortname),
         "%s", snd_ac97_get_short_name(pxa2xx_ac97_ac97));
    snprintf(card->longname, sizeof(card->longname),
         "%s (%s)", dev->dev.driver->name, card->mixername);

    if (pdata && pdata->codec_pdata[0])
        snd_ac97_dev_add_pdata(ac97_bus->codec[0], pdata->codec_pdata[0]);
    snd_card_set_dev(card, &dev->dev);
////(5)////
    ret = snd_card_register(card);
    if (ret == 0) {
        platform_set_drvdata(dev, card);
        return 0;
    }

err_remove:
    pxa2xx_ac97_hw_remove(dev);
err:
    if (card)
        snd_card_free(card);
err_dev:
    return ret;
}

static int __devexit pxa2xx_ac97_remove(struct platform_device *dev)
{
    struct snd_card *card = platform_get_drvdata(dev);

    if (card) {
        snd_card_free(card);
        platform_set_drvdata(dev, NULL);
        pxa2xx_ac97_hw_remove(dev);
    }

    return 0;
}

static struct platform_driver pxa2xx_ac97_driver = {
    .probe      = pxa2xx_ac97_probe,
    .remove     = __devexit_p(pxa2xx_ac97_remove),
    .driver     = {
        .name   = "pxa2xx-ac97",
        .owner  = THIS_MODULE,
#ifdef CONFIG_PM
        .pm = &pxa2xx_ac97_pm_ops,
#endif
    },
};

static int __init pxa2xx_ac97_init(void)
{
    return platform_driver_register(&pxa2xx_ac97_driver);
}

static void __exit pxa2xx_ac97_exit(void)
{
    platform_driver_unregister(&pxa2xx_ac97_driver);
}

module_init(pxa2xx_ac97_init);
module_exit(pxa2xx_ac97_exit);

MODULE_AUTHOR("Nicolas Pitre");
MODULE_DESCRIPTION("AC97 driver for the Intel PXA2xx chip");

驱动程序通常由probe回调函数开始,对一下2.1中的步骤,是否有相似之处?

经过以上的创建步骤之后,声卡的逻辑结构如下图所示:


图 2.2.1 声卡的软件逻辑结构

下面的章节里我们分别讨论一下snd_card_create()和snd_card_register()这两个函数。

3. snd_card_create()

snd_card_create()在/sound/core/init.c中定义。

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/**
 *  snd_card_create - create and initialize a soundcard structure
 *  @idx: card index (address) [0 ... (SNDRV_CARDS-1)]
 *  @xid: card identification (ASCII string)
 *  @module: top level module for locking
 *  @extra_size: allocate this extra size after the main soundcard structure
 *  @card_ret: the pointer to store the created card instance
 *
 *  Creates and initializes a soundcard structure.
 *
 *  The function allocates snd_card instance via kzalloc with the given
 *  space for the driver to use freely.  The allocated struct is stored
 *  in the given card_ret pointer.
 *
 *  Returns zero if successful or a negative error code.
 */
int snd_card_create(int idx, const char *xid,
            struct module *module, int extra_size,
            struct snd_card **card_ret)

首先,根据extra_size参数的大小分配内存,该内存区可以作为芯片的专有数据使用(见前面的介绍):

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card = kzalloc(sizeof(*card) + extra_size, GFP_KERNEL);
if (!card)
    return -ENOMEM;

拷贝声卡的ID字符串:

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if (xid)
    strlcpy(card->id, xid, sizeof(card->id));

如果传入的声卡编号为-1,自动分配一个索引编号:

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if (idx < 0) {
    for (idx2 = 0; idx2 < SNDRV_CARDS; idx2++)
        /* idx == -1 == 0xffff means: take any free slot */
        if (~snd_cards_lock & idx & 1<<idx2) {
            if (module_slot_match(module, idx2)) {
                idx = idx2;
                break;
            }
        }
}
if (idx < 0) {
    for (idx2 = 0; idx2 < SNDRV_CARDS; idx2++)
        /* idx == -1 == 0xffff means: take any free slot */
        if (~snd_cards_lock & idx & 1<<idx2) {
            if (!slots[idx2] || !*slots[idx2]) {
                idx = idx2;
                break;
            }
        }
}

初始化snd_card结构中必要的字段:

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    card->number = idx;
    card->module = module;
    INIT_LIST_HEAD(&card->devices);
    init_rwsem(&card->controls_rwsem);
    rwlock_init(&card->ctl_files_rwlock);
    INIT_LIST_HEAD(&card->controls);
    INIT_LIST_HEAD(&card->ctl_files);
    spin_lock_init(&card->files_lock);
    INIT_LIST_HEAD(&card->files_list);
    init_waitqueue_head(&card->shutdown_sleep);
#ifdef CONFIG_PM
    mutex_init(&card->power_lock);
    init_waitqueue_head(&card->power_sleep);
#endif

建立逻辑设备:Control

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/* the control interface cannot be accessed from the user space until */
/* snd_cards_bitmask and snd_cards are set with snd_card_register */
err = snd_ctl_create(card);

建立proc文件中的info节点:通常就是/proc/asound/card0

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err = snd_info_card_create(card);

把第一步分配的内存指针放入private_data字段中:

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if (extra_size > 0)
    card->private_data = (char *)card + sizeof(struct snd_card);

4. snd_card_register()

snd_card_create()在/sound/core/init.c中定义。

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/**
 *  snd_card_register - register the soundcard
 *  @card: soundcard structure
 *
 *  This function registers all the devices assigned to the soundcard.
 *  Until calling this, the ALSA control interface is blocked from the
 *  external accesses.  Thus, you should call this function at the end
 *  of the initialization of the card.
 *
 *  Returns zero otherwise a negative error code if the registrain failed.
 */
int snd_card_register(struct snd_card *card)

首先,创建sysfs下的设备:

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if (!card->card_dev) {
    card->card_dev = device_create(sound_class, card->dev,
                       MKDEV(0, 0), card,
                       "card%i", card->number);
    if (IS_ERR(card->card_dev))
        card->card_dev = NULL;
}

其中,sound_class是在/sound/sound_core.c中创建的:

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static char *sound_devnode(struct device *dev, mode_t *mode)
{
    if (MAJOR(dev->devt) == SOUND_MAJOR)
        return NULL;
    return kasprintf(GFP_KERNEL, "snd/%s", dev_name(dev));
}
static int __init init_soundcore(void)
{
    int rc;

    rc = init_oss_soundcore();
    if (rc)
        return rc;

    sound_class = class_create(THIS_MODULE, "sound");
    if (IS_ERR(sound_class)) {
        cleanup_oss_soundcore();
        return PTR_ERR(sound_class);
    }

    sound_class->devnode = sound_devnode;

    return 0;
}

由此可见,声卡的class将会出现在文件系统的/sys/class/sound/下面,并且,sound_devnode()也决定了相应的设备节点也将会出现在/dev/snd/下面。

接下来的步骤,通过snd_device_register_all()注册所有挂在该声卡下的逻辑设备,snd_device_register_all()实际上是通过snd_card的devices链表,遍历所有的snd_device,并且调用snd_device的ops->dev_register()来实现各自设备的注册的。

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if ((err = snd_device_register_all(card)) < 0)
    return err;

最后就是建立一些相应的proc和sysfs下的文件或属性节点,代码就不贴了。

至此,整个声卡完成了建立过程

Linux ALSA声卡驱动之三:PCM设备的创建

1. PCM是什么

PCM是英文Pulse-code modulation的缩写,中文译名是脉冲编码调制。我们知道在现实生活中,人耳听到的声音是模拟信号,PCM就是要把声音从模拟转换成数字信号的一种技术,他的原理简单地说就是利用一个固定的频率对模拟信号进行采样,采样后的信号在波形上看就像一串连续的幅值不一的脉冲,把这些脉冲的幅值按一定的精度进行量化,这些量化后的数值被连续地输出、传输、处理或记录到存储介质中,所有这些组成了数字音频的产生过程。


图1.1 模拟音频的采样、量化

PCM信号的两个重要指标是采样频率和量化精度,目前,CD音频的采样频率通常为44100Hz,量化精度是16bit。通常,播放音乐时,应用程序从存储介质中读取音频数据(MP3、WMA、AAC……),经过解码后,最终送到音频驱动程序中的就是PCM数据,反过来,在录音时,音频驱动不停地把采样所得的PCM数据送回给应用程序,由应用程序完成压缩、存储等任务。所以,音频驱动的两大核心任务就是:

playback 如何把用户空间的应用程序发过来的PCM数据,转化为人耳可以辨别的模拟音频

capture 把mic拾取到得模拟信号,经过采样、量化,转换为PCM信号送回给用户空间的应用程序

2. alsa-driver中的PCM中间层

ALSA已经为我们实现了功能强劲的PCM中间层,自己的驱动中只要实现一些底层的需要访问硬件的函数即可。

要访问PCM的中间层代码,你首先要包含头文件<sound/pcm.h>,另外,如果需要访问一些与 hw_param相关的函数,可能也要包含<sound/pcm_params.h>。

每个声卡最多可以包含4个pcm的实例,每个pcm实例对应一个pcm设备文件。pcm实例数量的这种限制源于linux设备号所占用的位大小,如果以后使用64位的设备号,我们将可以创建更多的pcm实例。不过大多数情况下,在嵌入式设备中,一个pcm实例已经足够了。

一个pcm实例由一个playback stream和一个capture stream组成,这两个stream又分别有一个或多个substreams组成。


图2.1 声卡中的pcm结构

在嵌入式系统中,通常不会像图2.1中这么复杂,大多数情况下是一个声卡,一个pcm实例,pcm下面有一个playback和capture stream,playback和capture下面各自有一个substream。

下面一张图列出了pcm中间层几个重要的结构,他可以让我们从uml的角度看一看这列结构的关系,理清他们之间的关系,对我们理解pcm中间层的实现方式。


图2.2 pcm中间层的几个重要的结构体的关系图

snd_pcm是挂在snd_card下面的一个snd_device

snd_pcm中的字段:streams[2],该数组中的两个元素指向两个snd_pcm_str结构,分别代表playback stream和capture stream

snd_pcm_str中的substream字段,指向snd_pcm_substream结构

snd_pcm_substream是pcm中间层的核心,绝大部分任务都是在substream中处理,尤其是他的ops(snd_pcm_ops)字段,许多user空间的应用程序通过alsa-lib对驱动程序的请求都是由该结构中的函数处理。它的runtime字段则指向snd_pcm_runtime结构,snd_pcm_runtime记录这substream的一些重要的软件和硬件运行环境和参数。

3. 新建一个pcm

alsa-driver的中间层已经为我们提供了新建pcm的api:

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    int snd_pcm_new(struct snd_card *card, const char *id, int device, int playback_count, int capture_count,
                                 struct snd_pcm ** rpcm);

参数device 表示目前创建的是该声卡下的第几个pcm,第一个pcm设备从0开始。

参数playback_count 表示该pcm将会有几个playback substream。

参数capture_count 表示该pcm将会有几个capture substream。

另一个用于设置pcm操作函数接口的api:

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    void snd_pcm_set_ops(struct snd_pcm *pcm, int direction, struct snd_pcm_ops *ops);

新建一个pcm可以用下面一张新建pcm的调用的序列图进行描述:


图3.1 新建pcm的序列图

snd_card_create pcm是声卡下的一个设备(部件),所以第一步是要创建一个声卡

snd_pcm_new 调用该api创建一个pcm,才该api中会做以下事情 如果有,建立playback stream,相应的substream也同时建立 如果有,建立capture stream,相应的substream也同时建立 调用snd_device_new()把该pcm挂到声卡中,参数ops中的dev_register字段指向了函数snd_pcm_dev_register,这个回调函数会在声卡的注册阶段被调用。

snd_pcm_set_ops 设置操作该pcm的控制/操作接口函数,参数中的snd_pcm_ops结构中的函数通常就是我们驱动要实现的函数

snd_card_register 注册声卡,在这个阶段会遍历声卡下的所有逻辑设备,并且调用各设备的注册回调函数,对于pcm,就是第二步提到的snd_pcm_dev_register函数,该回调函数建立了和用户空间应用程序(alsa-lib)通信所用的设备文件节点:/dev/snd/pcmCxxDxxp和/dev/snd/pcmCxxDxxc

4. 设备文件节点的建立(dev/snd/pcmCxxDxxp、pcmCxxDxxc) 4.1 struct snd_minor

每个snd_minor结构体保存了声卡下某个逻辑设备的上下文信息,他在逻辑设备建立阶段被填充,在逻辑设备被使用时就可以从该结构体中得到相应的信息。pcm设备也不例外,也需要使用该结构体。该结构体在include/sound/core.h中定义。

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struct snd_minor {
    int type;           /* SNDRV_DEVICE_TYPE_XXX */
    int card;           /* card number */
    int device;         /* device number */
    const struct file_operations *f_ops;    /* file operations */
    void *private_data;     /* private data for f_ops->open */
    struct device *dev;     /* device for sysfs */
};

在sound/sound.c中定义了一个snd_minor指针的全局数组:

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static struct snd_minor *snd_minors[256];

前面说过,在声卡的注册阶段(snd_card_register),会调用pcm的回调函数snd_pcm_dev_register(),这个函数里会调用函数snd_register_device_for_dev():

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static int snd_pcm_dev_register(struct snd_device *device)
{
    ......

    /* register pcm */
    err = snd_register_device_for_dev(devtype, pcm->card,
                         pcm->device,
                    &snd_pcm_f_ops[cidx],
                    pcm, str, dev);
    ......
}

我们再进入snd_register_device_for_dev():

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int snd_register_device_for_dev(int type, struct snd_card *card, int dev,
                const struct file_operations *f_ops,
                void *private_data,
                const char *name, struct device *device)
{
    int minor;
    struct snd_minor *preg;

    if (snd_BUG_ON(!name))
        return -EINVAL;
    preg = kmalloc(sizeof *preg, GFP_KERNEL);
    if (preg == NULL)
        return -ENOMEM;
    preg->type = type;
    preg->card = card ? card->number : -1;
    preg->device = dev;
    preg->f_ops = f_ops;
    preg->private_data = private_data;
    mutex_lock(&sound_mutex);
#ifdef CONFIG_SND_DYNAMIC_MINORS
    minor = snd_find_free_minor();
#else
    minor = snd_kernel_minor(type, card, dev);
    if (minor >= 0 && snd_minors[minor])
        minor = -EBUSY;
#endif
    if (minor < 0) {
        mutex_unlock(&sound_mutex);
        kfree(preg);
        return minor;
    }
    snd_minors[minor] = preg;
    preg->dev = device_create(sound_class, device, MKDEV(major, minor),
                  private_data, "%s", name);
    if (IS_ERR(preg->dev)) {
        snd_minors[minor] = NULL;
        mutex_unlock(&sound_mutex);
        minor = PTR_ERR(preg->dev);
        kfree(preg);
        return minor;
    }

    mutex_unlock(&sound_mutex);
    return 0;
}

首先,分配并初始化一个snd_minor结构中的各字段 type:SNDRV_DEVICE_TYPE_PCM_PLAYBACK/SNDRV_DEVICE_TYPE_PCM_CAPTURE card: card的编号 device:pcm实例的编号,大多数情况为0 f_ops:snd_pcm_f_ops private_data:指向该pcm的实例

根据type,card和pcm的编号,确定数组的索引值minor,minor也作为pcm设备的此设备号

把该snd_minor结构的地址放入全局数组snd_minors[minor]中

最后,调用device_create创建设备节点

4.2 设备文件的建立

在4.1节的最后,设备文件已经建立,不过4.1节的重点在于snd_minors数组的赋值过程,在本节中,我们把重点放在设备文件中。

回到pcm的回调函数snd_pcm_dev_register()中:

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static int snd_pcm_dev_register(struct snd_device *device)
{
    int cidx, err;
    char str[16];
    struct snd_pcm *pcm;
    struct device *dev;

    pcm = device->device_data;
         ......
    for (cidx = 0; cidx < 2; cidx++) {
                  ......
        switch (cidx) {
        case SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK:
            sprintf(str, "pcmC%iD%ip", pcm->card->number, pcm->device);
            devtype = SNDRV_DEVICE_TYPE_PCM_PLAYBACK;
            break;
        case SNDRV_PCM_STREAM_CAPTURE:
            sprintf(str, "pcmC%iD%ic", pcm->card->number, pcm->device);
            devtype = SNDRV_DEVICE_TYPE_PCM_CAPTURE;
            break;
        }
        /* device pointer to use, pcm->dev takes precedence if
         * it is assigned, otherwise fall back to card's device
         * if possible */
        dev = pcm->dev;
        if (!dev)
            dev = snd_card_get_device_link(pcm->card);
        /* register pcm */
        err = snd_register_device_for_dev(devtype, pcm->card,
                          pcm->device,
                          &snd_pcm_f_ops[cidx],
                          pcm, str, dev);
                  ......
    }
         ......
}

以上代码我们可以看出,对于一个pcm设备,可以生成两个设备文件,一个用于playback,一个用于capture,代码中也确定了他们的命名规则:

playback – pcmCxDxp,通常系统中只有一各声卡和一个pcm,它就是pcmC0D0p

capture – pcmCxDxc,通常系统中只有一各声卡和一个pcm,它就是pcmC0D0c

snd_pcm_f_ops

snd_pcm_f_ops是一个标准的文件系统file_operations结构数组,它的定义在sound/core/pcm_native.c中:

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const struct file_operations snd_pcm_f_ops[2] = {
    {
        .owner =        THIS_MODULE,
        .write =        snd_pcm_write,
        .aio_write =        snd_pcm_aio_write,
        .open =         snd_pcm_playback_open,
        .release =      snd_pcm_release,
        .llseek =       no_llseek,
        .poll =         snd_pcm_playback_poll,
        .unlocked_ioctl =   snd_pcm_playback_ioctl,
        .compat_ioctl =     snd_pcm_ioctl_compat,
        .mmap =         snd_pcm_mmap,
        .fasync =       snd_pcm_fasync,
        .get_unmapped_area =    snd_pcm_get_unmapped_area,
    },
    {
        .owner =        THIS_MODULE,
        .read =         snd_pcm_read,
        .aio_read =     snd_pcm_aio_read,
        .open =         snd_pcm_capture_open,
        .release =      snd_pcm_release,
        .llseek =       no_llseek,
        .poll =         snd_pcm_capture_poll,
        .unlocked_ioctl =   snd_pcm_capture_ioctl,
        .compat_ioctl =     snd_pcm_ioctl_compat,
        .mmap =         snd_pcm_mmap,
        .fasync =       snd_pcm_fasync,
        .get_unmapped_area =    snd_pcm_get_unmapped_area,
    }
};

snd_pcm_f_ops作为snd_register_device_for_dev的参数被传入,并被记录在snd_minors[minor]中的字段f_ops中。最后,在snd_register_device_for_dev中创建设备节点:

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snd_minors[minor] = preg;
preg->dev = device_create(sound_class, device, MKDEV(major, minor),
              private_data, "%s", name);
4.3 层层深入,从应用程序到驱动层pcm 4.3.1 字符设备注册

在sound/core/sound.c中有alsa_sound_init()函数,定义如下:

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static int __init alsa_sound_init(void)
{
    snd_major = major;
    snd_ecards_limit = cards_limit;
    if (register_chrdev(major, "alsa", &snd_fops)) {
        snd_printk(KERN_ERR "unable to register native major device number %d/n", major);
        return -EIO;
    }
    if (snd_info_init() < 0) {
        unregister_chrdev(major, "alsa");
        return -ENOMEM;
    }
    snd_info_minor_register();
    return 0;
}

register_chrdev中的参数major与之前创建pcm设备是device_create时的major是同一个,这样的结果是,当应用程序open设备文件/dev/snd/pcmCxDxp时,会进入snd_fops的open回调函数,我们将在下一节中讲述open的过程。

4.3.2 打开pcm设备

从上一节中我们得知,open一个pcm设备时,将会调用snd_fops的open回调函数,我们先看看snd_fops的定义:

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static const struct file_operations snd_fops =
{
    .owner =    THIS_MODULE,
    .open =     snd_open
};

跟入snd_open函数,它首先从inode中取出此设备号,然后以次设备号为索引,从snd_minors全局数组中取出当初注册pcm设备时填充的snd_minor结构(参看4.1节的内容),然后从snd_minor结构中取出pcm设备的f_ops,并且把file->f_op替换为pcm设备的f_ops,紧接着直接调用pcm设备的f_ops->open(),然后返回。因为file->f_op已经被替换,以后,应用程序的所有read/write/ioctl调用都会进入pcm设备自己的回调函数中,也就是4.2节中提到的snd_pcm_f_ops结构中定义的回调。

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static int snd_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    unsigned int minor = iminor(inode);
    struct snd_minor *mptr = NULL;
    const struct file_operations *old_fops;
    int err = 0;

    if (minor >= ARRAY_SIZE(snd_minors))
        return -ENODEV;
    mutex_lock(&sound_mutex);
    mptr = snd_minors[minor];
    if (mptr == NULL) {
        mptr = autoload_device(minor);
        if (!mptr) {
            mutex_unlock(&sound_mutex);
            return -ENODEV;
        }
    }
    old_fops = file->f_op;
    file->f_op = fops_get(mptr->f_ops);
    if (file->f_op == NULL) {
        file->f_op = old_fops;
        err = -ENODEV;
    }
    mutex_unlock(&sound_mutex);
    if (err < 0)
        return err;

    if (file->f_op->open) {
        err = file->f_op->open(inode, file);
        if (err) {
            fops_put(file->f_op);
            file->f_op = fops_get(old_fops);
        }
    }
    fops_put(old_fops);
    return err;
}

下面的序列图展示了应用程序如何最终调用到snd_pcm_f_ops结构中的回调函数:


图4.3.2.1 应用程序操作pcm设备

Linux ALSA声卡驱动之四:Control设备的创建

Control接口

Control接口主要让用户空间的应用程序(alsa-lib)可以访问和控制音频codec芯片中的多路开关,滑动控件等。对于Mixer(混音)来说,Control接口显得尤为重要,从ALSA 0.9.x版本开始,所有的mixer工作都是通过control接口的API来实现的。

ALSA已经为AC97定义了完整的控制接口模型,如果你的Codec芯片只支持AC97接口,你可以不用关心本节的内容。

<sound/control.h>定义了所有的Control API。如果你要为你的codec实现自己的controls,请在代码中包含该头文件。

Controls的定义

要自定义一个Control,我们首先要定义3各回调函数:info,get和put。然后,定义一个snd_kcontrol_new结构:

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static struct snd_kcontrol_new my_control __devinitdata = {
    .iface = SNDRV_CTL_ELEM_IFACE_MIXER,
    .name = "PCM Playback Switch",
    .index = 0,
    .access = SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE,
    .private_value = 0xffff,
    .info = my_control_info,
    .get = my_control_get,
    .put = my_control_put
};

iface字段指出了control的类型,alsa定义了几种类型(SNDDRV_CTL_ELEM_IFACE_XXX),常用的类型是MIXER,当然也可以定义属于全局的CARD类型,也可以定义属于某类设备的类型,例如HWDEP,PCMRAWMIDI,TIMER等,这时需要在device和subdevice字段中指出卡的设备逻辑编号。

name字段是该control的名字,从ALSA 0.9.x开始,control的名字是变得比较重要,因为control的作用是按名字来归类的。ALSA已经预定义了一些control的名字,我们再Control Name一节详细讨论。

index字段用于保存该control的在该卡中的编号。如果声卡中有不止一个codec,每个codec中有相同名字的control,这时我们可以通过index来区分这些controls。当index为0时,则可以忽略这种区分策略。

access字段包含了该control的访问类型。每一个bit代表一种访问类型,这些访问类型可以多个“或”运算组合在一起。

private_value字段包含了一个任意的长整数类型值。该值可以通过info,get,put这几个回调函数访问。你可以自己决定如何使用该字段,例如可以把它拆分成多个位域,又或者是一个指针,指向某一个数据结构。

tlv字段为该control提供元数据。

Control的名字

control的名字需要遵循一些标准,通常可以分成3部分来定义control的名字:源–方向–功能。

源,可以理解为该control的输入端,alsa已经预定义了一些常用的源,例如:Master,PCM,CD,Line等等。

方向,代表该control的数据流向,例如:Playback,Capture,Bypass,Bypass Capture等等,也可以不定义方向,这时表示该Control是双向的(playback和capture)。 功能,根据control的功能,可以是以下字符串:Switch,Volume,Route等等。

也有一些命名上的特例:

全局的capture和playback “Capture Source","Capture Volume","Capture Switch",它们用于全局的capture source,switch和volume。同理,"Playback Volume","Playback Switch",它们用于全局的输出switch和volume。 Tone-controles 音调控制的开关和音量命名为:Tone Control - XXX,例如,"Tone Control - Switch","Tone Control - Bass","Tone Control - Center"。 3D controls 3D控件的命名规则:,"3D Control - Switch","3D Control - Center","3D Control - Space"。 Mic boost 麦克风音量加强控件命名为:"Mic Boost"或"Mic Boost(6dB)"。

访问标志(ACCESS Flags)

Access字段是一个bitmask,它保存了改control的访问类型。默认的访问类型是:SNDDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE,表明该control支持读和写操作。如果access字段没有定义(.access==0),此时也认为是READWRITE类型。

如果是一个只读control,access应该设置为:SNDDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READ,这时,我们不必定义put回调函数。类似地,如果是只写control,access应该设置为:SNDDRV_CTL_ELEM_ACCESS_WRITE,这时,我们不必定义get回调函数。

如果control的值会频繁地改变(例如:电平表),我们可以使用VOLATILE类型,这意味着该control会在没有通知的情况下改变,应用程序应该定时地查询该control的值。

回调函数 info回调函数

info回调函数用于获取control的详细信息。它的主要工作就是填充通过参数传入的snd_ctl_elem_info对象,以下例子是一个具有单个元素的boolean型control的info回调:

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static int snd_myctl_mono_info(struct snd_kcontrol *kcontrol,
    struct snd_ctl_elem_info *uinfo)
{
    uinfo->type = SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_BOOLEAN;
    uinfo->count = 1;
    uinfo->value.integer.min = 0;
    uinfo->value.integer.max = 1;
    return 0;
}

type字段指出该control的值类型,值类型可以是BOOLEAN, INTEGER, ENUMERATED, BYTES,IEC958和INTEGER64之一。count字段指出了改control中包含有多少个元素单元,比如,立体声的音量control左右两个声道的音量值,它的count字段等于2。value字段是一个联合体(union),value的内容和control的类型有关。其中,boolean和integer类型是相同的。

ENUMERATED类型有些特殊。它的value需要设定一个字符串和字符串的索引,请看以下例子:

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static int snd_myctl_enum_info(struct snd_kcontrol *kcontrol,
struct snd_ctl_elem_info *uinfo)
{
    static char *texts[4] = {
        "First", "Second", "Third", "Fourth"
    };
    uinfo->type = SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_ENUMERATED;
    uinfo->count = 1;
    uinfo->value.enumerated.items = 4;
    if (uinfo->value.enumerated.item > 3)
        uinfo->value.enumerated.item = 3;
    strcpy(uinfo->value.enumerated.name,
        texts[uinfo->value.enumerated.item]);
    return 0;
}

alsa已经为我们实现了一些通用的info回调函数,例如:snd_ctl_boolean_mono_info(),snd_ctl_boolean_stereo_info()等等。

get回调函数

该回调函数用于读取control的当前值,并返回给用户空间的应用程序。

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static int snd_myctl_get(struct snd_kcontrol *kcontrol,
    struct snd_ctl_elem_value *ucontrol)
{
    struct mychip *chip = snd_kcontrol_chip(kcontrol);
    ucontrol->value.integer.value[0] = get_some_value(chip);
    return 0;
}

value字段的赋值依赖于control的类型(如同info回调)。很多声卡的驱动利用它存储硬件寄存器的地址、bit-shift和bit-mask,这时,private_value字段可以按以下例子进行设置:

.private_value = reg | (shift << 16) | (mask << 24);

然后,get回调函数可以这样实现:

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static int snd_sbmixer_get_single(struct snd_kcontrol *kcontrol,
    struct snd_ctl_elem_value *ucontrol)
{
    int reg = kcontrol->private_value & 0xff;
    int shift = (kcontrol->private_value >> 16) & 0xff;
    int mask = (kcontrol->private_value >> 24) & 0xff;
    ....

    //根据以上的值读取相应寄存器的值并填入value中
}

如果control的count字段大于1,表示control有多个元素单元,get回调函数也应该为value填充多个数值。

put回调函数

put回调函数用于把应用程序的控制值设置到control中。

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static int snd_myctl_put(struct snd_kcontrol *kcontrol,
    struct snd_ctl_elem_value *ucontrol)
{
    struct mychip *chip = snd_kcontrol_chip(kcontrol);
    int changed = 0;
    if (chip->current_value !=
        ucontrol->value.integer.value[0]) {
        change_current_value(chip,
        ucontrol->value.integer.value[0]);
        changed = 1;
    }
    return changed;
}

如上述例子所示,当control的值被改变时,put回调必须要返回1,如果值没有被改变,则返回0。如果发生了错误,则返回一个负数的错误号。

和get回调一样,当control的count大于1时,put回调也要处理多个control中的元素值。

创建Controls

当把以上讨论的内容都准备好了以后,我们就可以创建我们自己的control了。alsa-driver为我们提供了两个用于创建control的API:

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snd_ctl_new1()
snd_ctl_add()

我们可以用以下最简单的方式创建control:

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err = snd_ctl_add(card, snd_ctl_new1(&my_control, chip));
if (err < 0)
    return err;

在这里,my_control是一个之前定义好的snd_kcontrol_new对象,chip对象将会被赋值在kcontrol->private_data字段,该字段可以在回调函数中访问。

snd_ctl_new1()会分配一个新的snd_kcontrol实例,并把my_control中相应的值复制到该实例中,所以,在定义my_control时,通常我们可以加上__devinitdata前缀。snd_ctl_add则把该control绑定到声卡对象card当中。

元数据(Metadata)

很多mixer control需要提供以dB为单位的信息,我们可以使用DECLARE_TLV_xxx宏来定义一些包含这种信息的变量,然后把control的tlv.p字段指向这些变量,最后,在access字段中加上SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_TLV_READ标志,就像这样:

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static DECLARE_TLV_DB_SCALE(db_scale_my_control, -4050, 150, 0);
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tatic struct snd_kcontrol_new my_control __devinitdata = {
   ...
   .access = SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE |
           SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_TLV_READ,
    ...
    .tlv.p = db_scale_my_control,
};

DECLARE_TLV_DB_SCALE宏定义的mixer control,它所代表的值按一个固定的dB值的步长变化。该宏的第一个参数是要定义变量的名字,第二个参数是最小值,以0.01dB为单位。第三个参数是变化的步长,也是以0.01dB为单位。如果该control处于最小值时会做出mute时,需要把第四个参数设为1。

DECLARE_TLV_DB_LINEAR宏定义的mixer control,它的输出随值的变化而线性变化。 该宏的第一个参数是要定义变量的名字,第二个参数是最小值,以0.01dB为单位。第二个参数是最大值,以0.01dB为单位。如果该control处于最小值时会做出mute时,需要把第二个参数设为TLV_DB_GAIN_MUTE。

这两个宏实际上就是定义一个整形数组,所谓tlv,就是Type-Lenght-Value的意思,数组的第0各元素代表数据的类型,第1个元素代表数据的长度,第三个元素和之后的元素保存该变量的数据。

Control设备的建立

Control设备和PCM设备一样,都属于声卡下的逻辑设备。用户空间的应用程序通过alsa-lib访问该Control设备,读取或控制control的控制状态,从而达到控制音频Codec进行各种Mixer等控制操作。

Control设备的创建过程大体上和PCM设备的创建过程相同。详细的创建过程可以参考本博的另一篇文章:Linux音频驱动之三:PCM设备的创建。下面我们只讨论有区别的地方。

我们需要在我们的驱动程序初始化时主动调用snd_pcm_new()函数创建pcm设备,而control设备则在snd_card_create()内被创建,snd_card_create()通过调用snd_ctl_create()函数创建control设备节点。所以我们无需显式地创建control设备,只要建立声卡,control设备被自动地创建。

和pcm设备一样,control设备的名字遵循一定的规则:controlCxx,这里的xx代表声卡的编号。我们也可以通过代码正是这一点,下面的是snd_ctl_dev_register()函数的代码:

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/*
 * registration of the control device
 */
static int snd_ctl_dev_register(struct snd_device *device)
{
    struct snd_card *card = device->device_data;
    int err, cardnum;
    char name[16];

    if (snd_BUG_ON(!card))
        return -ENXIO;
    cardnum = card->number;
    if (snd_BUG_ON(cardnum < 0 || cardnum >= SNDRV_CARDS))
        return -ENXIO;
        /* control设备的名字 */
    sprintf(name, "controlC%i", cardnum);
    if ((err = snd_register_device(SNDRV_DEVICE_TYPE_CONTROL, card, -1,
                       &snd_ctl_f_ops, card, name)) < 0)
        return err;
    return 0;
}

snd_ctl_dev_register()函数会在snd_card_register()中,即声卡的注册阶段被调用。注册完成后,control设备的相关信息被保存在snd_minors[]数组中,用control设备的此设备号作索引,即可在snd_minors[]数组中找出相关的信息。注册完成后的数据结构关系可以用下图进行表述:


control设备的操作函数入口

用户程序需要打开control设备时,驱动程序通过snd_minors[]全局数组和此设备号,可以获得snd_ctl_f_ops结构中的各个回调函数,然后通过这些回调函数访问control中的信息和数据(最终会调用control的几个回调函数get,put,info)。详细的代码我就不贴了,大家可以读一下代码:/sound/core/control.c

Linux ALSA声卡驱动之五:移动设备中的ALSA(ASoC)

1. ASoC的由来

ASoC–ALSA System on Chip ,是建立在标准ALSA驱动层上,为了更好地支持嵌入式处理器和移动设备中的音频Codec的一套软件体系。在ASoc出现之前,内核对于SoC中的音频已经有部分的支持,不过会有一些局限性:

Codec驱动与SoC CPU的底层耦合过于紧密,这种不理想会导致代码的重复,例如,仅是wm8731的驱动,当时Linux中有分别针对4个平台的驱动代码。

音频事件没有标准的方法来通知用户,例如耳机、麦克风的插拔和检测,这些事件在移动设备中是非常普通的,而且通常都需要特定于机器的代码进行重新对音频路劲进行配置。

当进行播放或录音时,驱动会让整个codec处于上电状态,这对于PC没问题,但对于移动设备来说,这意味着浪费大量的电量。同时也不支持通过改变过取样频率和偏置电流来达到省电的目的。

ASoC正是为了解决上述种种问题而提出的,目前已经被整合至内核的代码树中:sound/soc。ASoC不能单独存在,他只是建立在标准ALSA驱动上的一个它必须和标准的ALSA驱动框架相结合才能工作。

2. 硬件架构

通常,就像软件领域里的抽象和重用一样,嵌入式设备的音频系统可以被划分为板载硬件(Machine)、Soc(Platform)、Codec三大部分,如下图所示:


图2.1 音频系统结构

Machine 是指某一款机器,可以是某款设备,某款开发板,又或者是某款智能手机,由此可以看出Machine几乎是不可重用的,每个Machine上的硬件实现可能都不一样,CPU不一样,Codec不一样,音频的输入、输出设备也不一样,Machine为CPU、Codec、输入输出设备提供了一个载体。

Platform 一般是指某一个SoC平台,比如pxaxxx,s3cxxxx,omapxxx等等,与音频相关的通常包含该SoC中的时钟、DMA、I2S、PCM等等,只要指定了SoC,那么我们可以认为它会有一个对应的Platform,它只与SoC相关,与Machine无关,这样我们就可以把Platform抽象出来,使得同一款SoC不用做任何的改动,就可以用在不同的Machine中。实际上,把Platform认为是某个SoC更好理解。

Codec 字面上的意思就是编解码器,Codec里面包含了I2S接口、D/A、A/D、Mixer、PA(功放),通常包含多种输入(Mic、Line-in、I2S、PCM)和多个输出(耳机、喇叭、听筒,Line-out),Codec和Platform一样,是可重用的部件,同一个Codec可以被不同的Machine使用。嵌入式Codec通常通过I2C对内部的寄存器进行控制。

3. 软件架构

在软件层面,ASoC也把嵌入式设备的音频系统同样分为3大部分,Machine,Platform和Codec。

Codec驱动 ASoC中的一个重要设计原则就是要求Codec驱动是平台无关的,它包含了一些音频的控件(Controls),音频接口,DAMP(动态音频电源管理)的定义和某些Codec IO功能。为了保证硬件无关性,任何特定于平台和机器的代码都要移到Platform和Machine驱动中。所有的Codec驱动都要提供以下特性:

Codec DAI 和 PCM的配置信息;

Codec的IO控制方式(I2C,SPI等);

Mixer和其他的音频控件;

Codec的ALSA音频操作接口;

必要时,也可以提供以下功能: DAPM描述信息; DAPM事件处理程序; DAC数字静音控制

Platform驱动 它包含了该SoC平台的音频DMA和音频接口的配置和控制(I2S,PCM,AC97等等);它也不能包含任何与板子或机器相关的代码。

Machine驱动 Machine驱动负责处理机器特有的一些控件和音频事件(例如,当播放音频时,需要先行打开一个放大器);单独的Platform和Codec驱动是不能工作的,它必须由Machine驱动把它们结合在一起才能完成整个设备的音频处理工作。

4. 数据结构

整个ASoC是由一些列数据结构组成,要搞清楚ASoC的工作机理,必须要理解这一系列数据结构之间的关系和作用,下面的关系图展示了ASoC中重要的数据结构之间的关联方式:


图4.1 Kernel-2.6.35-ASoC中各个结构的静态关系

ASoC把声卡实现为一个Platform Device,然后利用Platform_device结构中的dev字段:dev.drvdata,它实际上指向一个snd_soc_device结构。可以认为snd_soc_device是整个ASoC数据结构的根本,由他开始,引出一系列的数据结构用于表述音频的各种特性和功能。snd_soc_device结构引出了snd_soc_card和soc_codec_device两个结构,然后snd_soc_card又引出了snd_soc_platform、snd_soc_dai_link和snd_soc_codec结构。如上所述,ASoC被划分为Machine、Platform和Codec三大部分,如果从这些数据结构看来,snd_codec_device和snd_soc_card代表着Machine驱动,snd_soc_platform则代表着Platform驱动,snd_soc_codec和soc_codec_device则代表了Codec驱动,而snd_soc_dai_link则负责连接Platform和Codec。

5. 3.0版内核对ASoC的改进

本来写这篇文章的时候参考的内核版本是2.6.35,不过有CSDN的朋友提出在内核版本3.0版本中,ASoC做了较大的变化。故特意下载了3.0的代码,发现确实有所变化,下面先贴出数据结构的静态关系图:


图5.1 Kernel 3.0中的ASoC数据结构

由上图我们可以看出,3.0中的数据结构更为合理和清晰,取消了snd_soc_device结构,直接用snd_soc_card取代了它,并且强化了snd_soc_pcm_runtime的作用,同时还增加了另外两个数据结构snd_soc_codec_driver和snd_soc_platform_driver,用于明确代表Codec驱动和Platform驱动。

后续的章节中将会逐一介绍Machine和Platform以及Codec驱动的工作细节和关联