PCM_data_flow_in_ASoC-Part1_设备树asoc-codec配置

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0. Introduction

0.1. Purpose

 分析 ALSA/ASoC 的 pcm_dma 注册过程，当然 codec 及 cpu_dai（I2S/PCM）也会有所提及，但不会太详细；

 分析 PCM 数据如何从 userspace 流向 codec；

 阐述 pcm_dma 的 ops 函数集的作用，如何启动 dma 搬运 PCM 数据。

在此之后，应该对 PCM 数据流向有较清晰的认知，能在新的平台实现其 pcm_dma 驱动，知道 xrun 的根源所在并进行参数调整，在 cpu performance

和 pcm latency 之间取得平衡。

0.2. Terminology

ALSA - Advanced Linux Sound Architecture

ASoC - ALSA System on Chip，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

CODEC - Coder/Decoder，模拟信号通过 A/D 转换成 PCM 信号（录制），PCM 信号通过 D/A 转换成模拟信号（回放）

I2S/PCM/AC97 - CODEC 与 CPU 间音频的通信协议/接口/总线

DAI - Digital Audio Interface，通常是 I2S/PCM/AC97

DAC - Digit to Analog Conversion

ADC - Analog to Digit Conversion

DSP - Digital Signal Processor

Mixer - Mixes several analog signals into a single analog signal

PCM - Pulse Code Modulation，一种音频模拟信号转换成数字信号的技术，区别于 PCM 音频通信协议/接口

Sample Rate - ADC 采样频率，每秒的采样次数，典型值如 44.1Khz/48Khz

Sample Length- 量化位数，比如 24bit，就是将模拟信号按照 2 的 24 次方进行量化

DAPM - Dynamic Audio Power Management，动态音频电源管理

0.3. Copyright

欢迎转载，但请注明作者和来源，如下：

FILE : PCM data flow in ASoC

AUTHOR : Loon Zhong <sepnic@gmail.com>

BLOG : http://blog.csdn.net/sepnic

1. Overview

Kernel - 3.4.5

SoC - Samsung exynos

CODEC - WM8994

Machine - goni_wm8994

Userspace - tinyalsa

ALSA/ASoC 驱动有如下三部分构成：

 Platform：通常指某款 SoC 平台，如 exynos、omap、qcom 等等。Platform 又可细分两部分：

1）. cpu dai：在嵌入式系统里面通常指 CPU 的 I2S、PCM 总线控制器，负责将音频数据从 I2S tx FIFO 搬运到 CODEC（回

放的情形，录制则方向相反）。cpu_dai 通过 snd_soc_register_dai()来注册。注：DAI 是 Digital Audio Interface 的

缩写，分为 cpu_dai 和 codec_dai，这两者通过 I2S/PCM 总线连接；AIF 是 Audio Interface 的缩写，一般分为 I2S 和 PCM

接口。

2）. pcm dma：负责将 dma buffer 中的音频数据搬运到 I2S tx FIFO，这部分的逻辑比较复杂，以下几篇会对它详细阐述。

音频 dma 驱动通过 snd_soc_register_platform()来注册。值得留意的是：某些情形下是不需要 dma 操作的，比如 Modem

和 CODEC 直连，因为 Modem 本身已经把数据送到 PCM FIFO 了，这时只需启动 codec_dai 接收数据即可；该情形下，Machine

驱动 dai_link 中需要指定.platform_name = "snd-soc-dummy", 这是虚拟出来的 platform 驱动，实现见

sound/soc/soc-utils.c。

 Codec：对于 Playback 来说，userspace 送过来的 PCM 数据是经过抽样量化出来的数字信号，在 codec 经过 DAC 转换成模

拟信号送到外放耳机输出，这样我们就可以听到声音了。Codec 字面意思是编解码器，但芯片里面的部件很多，常见的有

AIF、DAC、ADC、Mixer、PGA、Line-in、Line-out，有些高端的 codec 芯片还有 EQ、DSP、SRC、DRC、AGC、Echo canceller、

Noise suppression 等功能部件。

 Machine：指某一款机器，它把 cpu_dai、codec_dai、modem_dai 各个音频接口通过定义 dai_link 链结起来，然后注册

snd_soc_card。和上面两个不一样，Platform 和 CODEC 驱动一般是可以重用的，而 Machine 有它特定的硬件特性，几乎是

不可重用的。所谓的硬件特性指：DAIs 之间的链结；通过某个 GPIO 打开 Amplifier；通过某个 GPIO 检测耳机插拔；使用

某个时钟如 MCLK/External OSC 作为 I2S、CODEC 模块的基准时钟源等等。

从上面的描述来看，对于回放的情形，PCM 数据流向大致是：

| copy_from_user | | DMA | | I2S | | AIF->DAC->PGA/Mixer |

userspace-------------->dma buffer----->I2S tx FIFO-------->CODEC-------------->SPK/HS/Earp

这系列初步定为如下几个部分：

 分析 ALSA/ASoC 的 pcm_dma 注册过程，soc-core 如何找出 dai_link 上链接的 cpu_dai、codec_dai、platform 并逐一完成

各自的 probe。

 当 pcm_open 时，如何建立 hw constraints；如何检查 hw params 是否在 hw constraints 约束范围之内；如何回调

platform/codec/machine 的 hw_params()。

 当 pcm_write 时，1）如何把 pcm 数据从 userspace 拷贝到 dma_alloc_writecombine()分配出来的 dma buffer 中；2）如

何触发 pcm_dma 的 trigger()回调去启动 DMA，把数据从 dma buffer 搬运到 I2S tx FIFO；3）如何启动 I2S 把数据从 I2S

2. ASoC data structure

ASoC：ALSA System on Chip，是建立在标准 ALSA 驱动之上，为了更好支持嵌入式系统和移动设备中的音频 codec 的一套软件

体系，它依赖于标准 ALSA 驱动框架。内核文档 Documentation/alsa/soc/overview.txt 中详细介绍了 ASoC 的设计初衷，这里

不一一引用，简单陈述如下：

 独立的 codec 驱动，标准的 ALSA 驱动框架里面 codec 驱动往往与 SoC CPU 耦合过于紧密，不利于在多样化的平台/机器上

移植复用；

 方便 codec 与 SoC 通过音频总线 PCM/I2S 建立链接，这通常在 Machine 驱动里面通过 dai_link 定义的 codec_dai_name 和

cpu_dai_name 来匹配绑定 codec_dai 和 cpu_dai；

 动态音频电源管理 DAPM，使得 codec 任何时候都工作在最低功耗状态，同时负责音频路由的创建；这部分在我的另一个系

列文章 dapm 里有详细的分析，是 ASoC 的重点和难点；

 POPs 和 click 音抑制弱化处理，在 ASoC 中通过正确的音频部件通电断电次序来实现；

 Machine 驱动的特定控制，比如耳机、麦克风的插拔检测，外放功放的开关。

在概述中已经介绍了 ASoC 驱动的三大构成：Codec、Platform 和 Machine，下面列举各部分驱动包含的功能特性：

ASoC Codec Driver：

 Codec DAI 和 PCM 的配置信息；

 Codec 的控制接口，I2C 或者 SPI 等；

 Mixer 和其他音频控件；

 Codec 的音频操作接口，见 snd_soc_dai_ops 结构体定义；

 DAPM 描述信息；

 DAPM 事件处理句柄；

 DAC 数字静音控制。

ASoC Platform Driver：

包括 Audio DMA 和 SoC DAI Drivers 两部分：

 Audio DMA 实现音频 dma 操作函数集，具体见 snd_pcm_ops 结构体定义；

 SoC DAI Driver 实现数字音频接口的描述和配置、系统时钟配置、休眠唤醒等。

ASoC Machine Driver：

 作为链结 Platform 和 Codec 的载体，它必须定义 dai_link 为音频物理链路选定 Platform 和 Codec；

 处理机器特有的音频控件和音频事件，例如回放时打开外放功放。

以下 UML 类图标示着 ASoC 中重要的数据结构以及它们之间的联系，帮助理解整个 ASoC 系统。通过不同颜色标示数据结构对应

的模块，其中 soc-core 和 pcm_native 是核心，platform_drv、codec_drv、cpu_dai_drv、machine_drv 是我们要实现的

alsa-driver，主要是一些结构体实例的创建和回调函数集的实现。

注：对于 Linux 内核来说，整理清楚模块中重要的数据结构，包括主要成员的作用以及各个数据结构之间的联系，那么就等于

把握了该模块的脉络，剩下的只是细节。因此在各模块的分析之前，作者会把模块重要的数据结构先列出来，逐一介绍，然后

才是源码分析。

剩余41页未读，继续阅读

huangkaipeng

2020-06-28

非常好，谢谢分享

sepnic

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